Фотоны — когда они не в вакууме — путешествуют не с фазовой скоростью, с
которой движется фронт индивидуальной волны, а с групповой,
определяющей скорость движения пакета световых волн. Если вы хотите
«задержать» свет, нужно лишь довести групповую скорость до нуля.
читать дальше
...Только
сказать это несколько проще, чем сделать: да, фотонные кристаллы,
сочетающие повторяющиеся области с высоким и низким коэффициентом
преломления, могут снизить групповую скорость волн. Но на практике любой
такой кристалл содержит неизбежные включения, нарушающие его структуру,
и это не позволяет довести групповую скорость до нуля.
Проблему,
конечно, можно обойти: пара лазеров, светящих на материал одновременно,
подавляет электронный переход, вызываемый светом определённой частоты,
делая материал прозрачным к таким волнам. Если один из лазеров внезапно
отключить, создавая условия, при которых такая искусственная
прозрачность разрушается, свет можно поймать в материале и «хранить» там
вплоть до минут, пользуясь спиновыми возбуждениями электронов
материала. Однако получается это только тогда, когда спиновые
возбуждения электронов когерентны. А когерентность эта разрушается, как
только температура становится на несколько градусов выше абсолютного
нуля. Не очень практично, верно?
Ортуин Гесс (Ortwin Hess) вместе
с коллегами по Имперскому колледжу Лондона (Великобритания) придумал
схему попроще. Учёные предлагают взять кусок кремния толщиной в 290 нм и
покрыть его 500-нанометровым слоем оксида индия-олова. Эта комбинация
сможет поддерживать такие оптические состояния, когда частоты волн света
являются комплексными числами. Более того, один из таких оптических
режимов будет иметь групповую скорость, точно равную нулю.
Но как
в такое оптическое состояние попасть, когда мы не можем послать свет по
вышеописанному волноводу с нулевой групповой скоростью? И технологий
нет, и с нулевой скоростью свет вообще никуда войти не может, так как не
сдвинется с места...
Авторы работы считают решением то, что
режим с нулевой групповой скоростью допускает утечки: свет в «слоёном»
кремниевом волноводе может улизнуть из него через слои оксида
индия-олова как нераспространяющаяся волна, точнее, та её разновидность,
что называется исчезающей волной.
«Вы ведь можете дать свету
утечь наружу? Так вот, этот трюк справедлив и для излучения света внутрь
волновода», — объясняет задумку г-н Гесс. Итак, излучение в ближнем
инфракрасном диапазоне, направленное на волновод под особым углом,
должно вызвать в слоях оксида индий-олова исчезающую волну, которая, в
свою очередь, инициирует желаемый режим с нулевой групповой скоростью
порождённых ею световых волн. Из-за того что просчитанный
исследователями волновой пакет в кремниевой части волновода почти не
испытывает дисперсии, не только произойдёт его застывание без движения
вперёд, но и волны другой длины не будут распространяться вовне. То есть
по волноводу пойдёт свет только нужных параметров, что, по идее,
повышает его пропускную способность.
Учёные утверждают, что в
такой схеме несовершенства материалов не столь критичны, а температура
может быть комнатной, поэтому их коллеги из Калифорнии (США) уже
собираются воплотить разработку в жизнь.
Зачем нужен неподвижный
свет? Ортуин Гесс полагает, что на его основе можно создать «лазер
остановленного света», в котором стационарный импульс можно искусственно
усилить без необходимости в зеркалах и оптическом резонаторе. Кроме
того, длительное удерживание света в одной точке должно резко повысить
вероятность взаимодействия фотонов с атомами, что пригодится как в
оптической электронике (и даже оптической памяти квантовых компьютеров),
так и в высокоэффективных солнечных батареях. И даже при создании
снимков крупных биологических молекул.
earth-chronicles.ru/news/2014-04-21-63948