«Эффект захвата радуги» на металлической наноструктурированной решётке, по мнению авторов опыта, открывает дорогу экзотическим устройствам для скоростной связи и хранения информации. Что важно, новая система работает в видимом диапазоне волн и при комнатной температуре.

Ловушку для света построили Цяоцян Гань (Qiaoqiang Gan, на снимке под заголовком) из университета Буффало (University at Buffalo) и его коллеги из университета Лехай (Lehigh University).

Для пленения фотонов учёные использовали плазмонные наноструктуры. Это были вырезанные на поверхности металла регулярные наноразмерные канавки различной глубины и с различным шагом. Они меняли оптические свойства материала.

Фактически поверхность была обработана так, чтобы тормозить свет. Благодаря этому стало возможным поймать несколько длин волн на одном кристалле, тогда как обычные методы могут ловить лишь одну длину волны в узком диапазоне.

«Свет быстр, но я создал структуру, способную значительно замедлить широкополосное излучение, — говорит Гань, — словно я могу удержать свет в руке».

Рис. 1. Этот рисунок отражает измеренное в опыте рассеивание падающего света с разными длинами волн (они меняются по вертикали) на решётке с канавками с фиксированной шириной 150 нм и глубиной 30 нм, но с варьируемым шагом (400–800 нм) (иллюстрация Gan et al./PNAS).

Секрет работы устройства заключён в плазмонном резонансе, связанных волнах электронного газа в которые обращается свет, или в энергию которых переходит энергия излучения. Это явление возникает при падении фотонов на поверхность пластины.

Результат впечатляет.

«Свет с различными длинами волн в области 500–700 нанометров был „захвачен“ на разных позициях вдоль решётки», — рассказывают авторы эксперимента в статье в PNAS.

Со слов Ганя, пока таким методом удалось устроить западню для световых волн от красного до зелёного участка спектра, но группа работает над расширением диапазона.

«Мы хотим заманить в ловушку всю радугу», — говорит Цяоцян в пресс-релизе университета Буффало.

Рис. 2. Ведущий автор эксперимента (на фото) объясняет его цель так: создание скоростной оптической связи, в которой данные передавались бы на разных длинах волн. Одно из узких мест такого комплекса — обработка и преобразование сигнала. Если бы свет можно было тормозить и захватывать, это облегчило бы задачу чипов, расшифровывающих входящий поток (иллюстрация University at Buffalo).

Для дальнейших опытов с наноструктурированной решёткой и уточняющих измерений параметров её работы исследователь намерен использовать источник ультракоротких импульсов света.