Jak zpomalit světlo? Kredit: flo222 / Pixabay.

Jak jistě každý ví, světlo se za standardních podmínek řítí rychlostí 299 792 kilometrů za sekundu, tedy rychlostí světla. Rychleji to nejde. Za jistých okolností je ale možné světlo zpomalit a to i docela podstatně. Nový způsob zpomalování světla nedávno nabídli čínští fyzici z Guangxi University a Chinese Academy of Sciences.

Světlo zpomalují například průhledné materiály, ale typicky jen nepatrně. Právě změny rychlosti prolétajícího světla jsou zodpovědné za podivuhodné efekty s ohýbáním světla při jeho průchodu z jednoho typu prostředí do jiného. Když chcete světlo opravdu přibrzdit, potřebujete velmi speciální materiály, jako jsou fotonické krystaly nebo extrémně ochlazené kvantové plyny.

Logo. Kredit: Guangxi University.

Čínský tým hledal novou metodu, která by zajistila intenzivní interakce mezi světlem a hmotou v nanofotonických čipech.

Metamateriály si hrají se světlem. Kredit: Keith Drake, Wikimedia Commons.

Badatelé použili elektromagneticky indukovanou transparentnost (EIT), čili průhlednost, kdy díky manipulaci elektronů laserovými paprsky lze dosáhnout změny neprůhledného materiálu, v tomto případě plynu, na průhledný. Při tomto postupu dochází ke zpomalení světla, ale bývá to náročné na lasery a energii.

Proto vědci vylepšili mechanismus elektromagneticky indukované transparentnosti novým materiálem. Jde o 2D metapovrch (metasurface), který nemá obdobu v přírodních materiálech. Čínský tým vytvořil tento metapovrch z velice tenkých vrstev křemíku a získal tím materiál, který mnohem lépe než další srovnatelné materiály pracuje s energií světelného záření.

S novým materiálem je možné zpomalit světlo více 10 000krát. Dochází přitom k více než pětkrát nižší ztrátě světelného záření než u jiných metod.

Klíčem k fungování metapovrchu je uspořádání základních stavebních jednotek, takzvaných meta-atomů, které jsou u tohoto materiálu velmi těsně u sebe.

Proč vlastně zpomalovat světlo, tedy kromě toho, že je to nepochybně zábavné? Výsledkem takového výzkumu bývají nové technologie pro ovládání světelného záření, které mohou mít velmi široké uplatnění, od optických komunikačních systémů až po kvantové počítače.

Video: Metasurfaces: a nanophotonic platform for full control of light in space and time

Literatura

Science Alert 11. 2. 2024.

Nano Letters 24: 1238–1245.