На площади, размером в тысячи раз меньшей толщины человеческого волоса, происходят процессы, способные кардинально изменить наши представления о взаимодействии света и материи.
Международная группа ученых, в состав которой вошли эксперты группы квантовой нанооптики Университета Овьедо и Исследовательского центра наноматериалов и нанотехнологий (CINN), представила обширный обзор, посвященный управлению светом в материалах, толщиной всего в несколько атомов.
В центре внимания исследователей оказались поляритоны — уникальные гибридные структуры, возникающие при интенсивном взаимодействии света с веществом. Это не просто фотоны и не просто колебания в материале, а нечто промежуточное, соединяющее характеристики и фотонов, и колебаний. Такие квазичастицы образуются в ван-дер-ваальсовых материалах с низкой симметрией, и в момент их появления свет начинает вести себя совершенно по-другому: он распространяется не равномерно во все стороны, а движется по строго определённым направлениям.
Новое исследование было организовано в рамках проекта TWISTOPTICS под руководством профессора Пабло Алонсо Гонсалеса. Суть предложенного физиками подхода напоминает процесс сборки конструктора на атомном уровне: ученые накладывали и скручивали нанометровые слои материалов друг на друга, как детали «Лего», создавая структуры с заранее заданными физическими характеристиками.
В своем обзоре исследователи описали множество необычных оптических эффектов, которые им удалось наблюдать. Например, отрицательное преломление, когда свет на границе двух материалов изгибается в сторону, противоположную привычной. Или канализированное распространение, которое позволяет направлять световую энергию без рассеивания — как будто по невидимым рельсам. По словам авторов работы, «эти свойства открывают беспрецедентные перспективы контроля над взаимодействием света и материи в диапазоне от видимого излучения до терагерцовых волн».
Представленные теоретические и экспериментальные результаты закладывают основу для практического использования разработанной физиками методики управления светом в различных областях. Интегральные оптические схемы, сверхчувствительные биосенсоры, системы теплового контроля и методы визуализации с высоким разрешением — это лишь некоторые направления, в которых контроль над светом на атомарном уровне может привести к революционным достижениям и стать основой для технологий будущего.
Фото: hi-tech.mail.ru