Исследователи в Массачусетском технологическом институте открыли в графене явление, аналогичное ударной волне, возникающей при прохождении самолетом звукового барьера. В определенных условиях электрический ток в графене может обгонять замедленный свет. Вместо звука удара при этом возникает интенсивный, сфокусированный луч света.

Прежде неизвестный способ преобразования электричества в видимое излучение, характеризуется высокой эффективностью, контролируемостью и быстродействием. По мнению физиков MIT, рассказавших о нем в статье для журнала Nature Communications, данный метод может получить применение во многих новых приложениях.

Этому открытию предшествовало другое: было замечено, что свет, попадая на графен, может замедляться в несколько сотен раз, приобретая вид поверхностных плазмонов. При этом его скорость становится сопоставима со скоростью распространения свободных электронов в двумерном углероде, составляющей до миллиона метров в секунду или 1/300 скорости света в вакууме.

Сходство скоростей натолкнуло ученых на идею использовать графен не только для захвата света, но и для его генерирования. Теоретическое исследование показало, что такое преобразование становится возможным когда скорость электронов приближается к «световому барьеру» в графене: образуется ударная световая волна, локализованная в двух измерениях.

Это явление называется эффектом Черенкова. Он был описан 80 лет назад советским физиком Павлом Черенковым и обычно ассоциировался с астрономическими процессами или ускорителями частиц. Замедление света в графене впервые переводит этот эффект в плоскость практических интересов инженеров.

Легко контролируемые и совместимые с современными микроэлектронными технологиями графеновые системы могут стать ключевыми компонентами, фотонных микросхем для малогабаритной и эффективной компьютерной техники нового поколения.