Ученые научились манипулировать светом как электричеством

Инженеры в области электротехники из университета Дюка разработали материал, который позволяет управлять светом так же, как электроника позволяет манипулировать электронами.

По словам исследователей, полученные ими результаты могут привести к замете электрических компонентов на оптические технологии. Устройства, работающие на основе света, сделают возможными более быструю и эффективную передачу информации, подобно тому, как замена проводов на оптоволокно произвело революцию в области телекоммуникаций.

Данный прорыв основан на новом метаматериале. Эти экзотические композитные материалы не являются гомогенным веществом, но скорее сложной структурой, которая тщательно выверена, с целью добиться от нее свойств, которые не встречаются в природе. Материал, используемый в данном эксперименте, имеет микроструктуру в виде жалюзей.

Когда свет проходит через обычный материал, даже если он будет отражен, преломлен или рассеян по пути, на выходе будет все тот же свет. Это свойство известно под названием линейность.

"В случае с очень ярким светом, однако, определенные 'нелинейные' материалы не обладают этим свойством, конвертируя входящий свет в совершенно новый луч света, с частотой вдвое выше первоначальной, что называется генерацией второй гармоники", - рассказали Алек Роуз, аспирант из лаборатории Дэвида Смита и Уильям Биван, профессор вычислительной техники и электроники с инженерного факультета.

"Обычно, процесс удвоения частоты происходит на расстоянии множества длин волн, а направление, в которое направится вторая гармоника жестко определено используемым нелинейным материалом", - сказал Роуз. "Используя новые метаматериалы на микроволновых частотах, мы смогли создать нелинейное устройство, способное 'управлять' второй гармоникой. Прибор удваивал и отражал входящие волны в том направлении, которое мы выбирали".

Данное исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

"Подобный контроль над светом является уникальным свойством метаматериалов и может иметь большое значение в области оптической связи, где особенно важно иметь возможность манипулировать светом", - сказал Роуз.

"В сфере телекоммуникаций наметился отчетливый оптический тренд", - пояснил Роуз. "Возможность контролировать свет в той же манере, в какой электроника контролирует ток, станет важным шагом на пути развития телекоммуникационных технологий".

Оригинал (на англ. языке): Physorg

• Технология под рукой: сенсорные экраны смартфонов помогут следить за уровнем гидратации организма
• Эпоха экзафлопсных суперкомпьютеров наступила — что это значит и на что они способны?
• Частое использование ChatGPT связано с одиночеством и эмоциональной зависимостью
• Стартап по натрий-железным батареям готов бросить вызов литий-ионным батареям для долгосрочного хранения энергии
• ABB разрабатывает высокоманевренный и высокоэффективный морской винт
• Изменения симметрии в крошечных кристаллах под воздействием света позволяют исследователям создавать материалы с заданными свойствами
• Солнечная пленка, которую можно наклеить где угодно для генерации энергии
• Двойно магичное ядро свинца-208 удивляет неожиданными свойствами формы