Metapovrchy dokážu až 10 000x spomaliť svetlo

Vedci už skôr zistili, že svetlo môže byť za určitých podmienok spomalené, a nová štúdia demonštruje metódu, ktorá by mohla byť jedným z najužitočnejších prístupov. Výskumníci z Univerzity Kuang-si a Čínskej akadémie vied tvrdia, že ich metóda by mohla byť prínosná pre výpočtovú a optickú komunikáciu. Svetlo sa vo vesmíre pohybuje rýchlosťou 299 792 kilometrov za sekundu. No ak mu do cesty umiestnime spleť elektromagnetických polí, aké obklopujú bežnú hmotu, jeho rýchlosť začne klesať.

Väčšina priehľadných materiálov spomalí svetlo len o málo. Sú to zmeny rýchlosti, ktoré spôsobujú ohýbanie svetla pri prechode z jedného média do druhého. Skutočné zabrzdenie však vyžaduje špeciálne materiály, ako sú fotonické kryštály alebo superchladné kvantové plyny. Nová metóda vychádza z tzv. elektromagneticky indukovanej priehľadnosti, ktorá využíva šikovný laserový trik na manipuláciu s elektrónmi vnútri plynu uloženého vo vákuu – v podstate ho mení z nepriehľadného na priehľadný.

To znamená, že laserové svetlo môže prechádzať, ale vzhľadom na spôsob manipulácie sa aj spomaľuje. To je pre fyzikov veľmi zaujímavé, ale tento prístup tiež znamená, že sa cestou stratí veľa svetla a energie. Na zníženie týchto strát a zlepšenie účinnosti celého systému výskumníci využili niektoré princípy elektromagneticky indukovanej priehľadnosti pri ovládaní svetla a navrhli nový materiál na spomalenie jeho pohybu.

Tento materiál je akýsi metapovrch – syntetická 2D štruktúra s vlastnosťami, ktoré sa nepodobajú na žiadny iný materiál v prírode. Metapovrchy navrhnuté tímom boli vyrobené z veľmi tenkých vrstiev kremíka (podobne ako dnešné počítačové čipy) a ukázalo sa, že sú v spôsobe, ako zadržiavajú a uvoľňujú energiu, oveľa lepšie ako existujúce možnosti. Výskumníci zistili, že v tomto systéme možno spomaliť svetlo viac ako 10 000-krát. Zároveň sa oproti iným porovnateľným metódam viac ako päťnásobne znížili straty svetla.

Kľúčom k tomu je spôsob, ako sú umiestnené najmenšie stavebné prvky metapovrchu, známe ako metaatómy. V tomto prípade sú v podstate dosť blízko na to, aby sa zlúčili, čo následne ovplyvňuje spôsob, ako sa svetlo zachová pri prechode. Konečným výsledkom je lepšia kontrola nad tým, ako sa svetlo šíri. Keďže svetlo zohráva kľúčovú úlohu vo všetkých oblastiach siahajúcich od širokopásmového internetu až po kvantové výpočty, existuje množstvo potenciálnych aplikácií využitia tejto technológie. Výskum bol uverejnený v časopise Nano Letters.

Zdroj: sciencealert.com.