14:37 2024-04-24
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Lumina stă nemișcată într-un cristal deformat
_ Lumina stă pe loc un cristal deformat
Cercetătorii AMOLF, în colaborare cu Universitatea de Tehnologie Delft, au reușit să oprească undele luminoase prin deformarea cristalului fotonic bidimensional care le conține. Cercetătorii arată că chiar și o deformare subtilă poate avea un efect substanțial asupra fotonilor din cristal. Acest lucru seamănă cu efectul pe care un câmp magnetic îl are asupra electronilor.
„Acest principiu oferă o nouă abordare pentru a încetini câmpurile luminoase și, prin urmare, a le îmbunătăți puterea. Realizarea acestui lucru pe un cip este deosebit de importantă pentru multe aplicații.” spune liderul grupului AMOLF, Ewold Verhagen.
Cercetătorii și-au publicat concluziile în revista Nature Photonics. Simultan, o echipă de cercetare de la Universitatea de Stat din Pennsylvania a publicat un articol în aceeași jurnală despre modul în care au demonstrat, independent de echipa olandeză, un efect identic.
Manipularea fluxului de lumină într-un material la scară mică. este benefic pentru dezvoltarea cipurilor nanofotonice. Pentru electroni, o astfel de manipulare poate fi realizată folosind câmpuri magnetice; forța Lorentz conduce mișcarea electronilor. Cu toate acestea, acest lucru este imposibil pentru fotoni, deoarece nu au încărcătură.
Cercetătorii din grupul Photonic Forces de la AMOLF caută tehnici și materiale care să le permită să aplice forțe fotonilor care seamănă cu efectele magnetice. câmpuri.
„Am căutat inspirație în ceea ce privește modul în care electronii se comportă în materiale. Într-un conductor, electronii se pot mișca în principiu liber, dar un câmp magnetic extern poate opri acest lucru. Mișcarea circulară cauzată de Câmpul magnetic oprește conducția și, ca atare, electronii pot exista în material doar dacă au energii foarte specifice. Aceste niveluri de energie sunt numite niveluri Landau și sunt caracteristice electronilor dintr-un câmp magnetic”, spune Verhagen.
„O astfel de deformare mecanică oprește conducția; materialul se transformă într-un izolator și, în consecință, electronii sunt legați de nivelurile Landau. Prin urmare, deformarea grafenului are un efect similar asupra electronilor dintr-un material ca un câmp magnetic, chiar și fără magnet. Ne-am întrebat dacă o abordare similară ar funcționa și pentru fotoni.”
Într-o colaborare cu Kobus Kuipers de la Universitatea de Tehnologie Delft, grupul Verhagen a demonstrat într-adevăr un efect similar pentru lumina dintr-un cristal fotonic.
„Un cristal fotonic constă în mod normal dintr-un model regulat – bidimensional – de găuri într-un strat de siliciu. Lumina se poate mișca liber în acest material, la fel ca electronii din grafen”, spune primul autor René Barczyk, care și-a susținut cu succes teza de doctorat pe această temă în 2023. „Încălcarea acestei regularități în mod exact va deforma matricea și, în consecință, blocați fotonii. Așa creăm niveluri Landau pentru fotoni.”
În nivelurile Landau undele de lumină nu se mai mișcă; ele nu curg prin cristal, ci stau nemișcate. Cercetătorii au reușit să demonstreze acest lucru, arătând că deformarea matricea de cristale are un efect similar asupra fotonilor ca un câmp magnetic pe electroni.
Verhagen spune: „Jucându-ne cu modelul de deformare, am reușit chiar să stabilim diferite tipuri de câmpuri magnetice eficiente într-un singur material. Ca rezultat, fotonii se pot deplasa prin anumite părți ale materialului, dar nu și în altele. Prin urmare, aceste informații oferă, de asemenea, noi modalități de a orienta lumina asupra unui cip.”
Lucrările lui Verhagen și a echipei sale au fost inspirate de predicțiile teoretice ale cercetătorilor de la Universitatea de Stat din Pennsylvania și de la Universitatea Columbia. Verhagen își amintește: „Când făceam primele măsurători, s-a întâmplat să vorbesc cu unul dintre autorii acestui alt studiu. Când s-a dovedit că și ei căutau dovezi experimentale ale efectului, am decis să nu concuram pentru a fi primii. să publice, ci să trimită lucrarea simultan editorului.”
Deși unele detalii în abordare diferă, ambele echipe au reușit să oprească mișcarea undelor luminoase și să observe nivelurile Landau prin deformarea unui fotonic bidimensional. cristal.
„Acest lucru aduce aplicațiile pe cip mai aproape”, spune Verhagen. „Dacă putem limita lumina la scară nanometrică și o oprim astfel, puterea ei va fi îmbunătățită enorm. Și nu numai într-o singură locație, ci pe întreaga suprafață a cristalului. O astfel de concentrare a luminii este foarte importantă în dispozitivele nanofotonice, pentru exemplu pentru dezvoltarea laserelor eficiente sau a surselor de lumină cuantică.”
Comentarii:
Adauga Comentariu