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

• Учёные обнаружили, что сверхтонкие алмазные мембраны способны вырабатывать электричество
• Учёные разработали жевательную резинку, которая может снижать уровень HPV и опасных бактерий во рту
• Ученые расплавили алмаз при давлении выше, чем в недрах Нептуна
• Учёные превратили спутники Starlink в гигантский сканер верхних слоёв атмосферы
• Новый катализатор позволит сократить расход платины в водородных топливных элементах на 75%
• Управляемые микротрещины помогли создать сверхмалые пиксели из квантовых точек
• Сверхбыстрые рентгеновские импульсы позволили увидеть химические реакции на уровне отдельных атомов
• Квантовый сенсор поможет искать темную материю