Свет заперли в нанорезонаторе

Российские ученые вместе с зарубежными коллегами смогли поймать электромагнитную волну в резонатор из арсенида галлия размером несколько сотен нанометров и удержать ее рекордно большое время. Результаты работы представлены в статье, опубликованной в журнале Science.

Физики достаточно давно пытаются создать устройства для управления электромагнитными волнами на нанометровом масштабе. Разработка таких устройств позволит усовершенствовать вычислительные системы и создать новые биологические сенсоры. Но проблема в том, что для этого свет нужно «запереть» в небольшом пространстве и удерживать его там длительное время, а делать это физики научились пока лишь для объектов, размер которых существенно превышает длину световой волны.

Ранее международная команда ученых теоретически предсказала новый механизм, который позволяет захватывать и удерживать свет в очень маленьких резонаторах, размеры которых существенно меньше длины волны света — всего несколько нанометров. Но в течение двух лет после открытия создать их на практике не удавалось.

Теперь исследователи из Университета ИТМО, Австралийского национального университета и Университета Коре смогли сделать это. На первом этапе они разработали концепцию эксперимента. В качестве основы ученые выбрали арсенид галлия — полупроводник, имеющий большой показатель преломления и сильный нелинейный отклик в ближнем инфракрасном диапазоне. На втором этапе исследователи подобрали оптимальную форму резонатора, позволившую эффективно удерживать электромагнитное излучение. Ей оказался цилиндр, так как он обладает минимальным числом граней. Затем ученым предстояло выяснить соотношение диаметра цилиндра к его высоте, чтобы обеспечить наиболее эффективное удержание света.

«Мы изготовили цилиндры высотой около 700 нм из арсенида галлия с различными диаметрами около 900 нм. Их практически не увидеть невооруженным взглядом. Как показал эксперимент, эталонная частица захватила свет на время, превышающее в 200 раз период одного колебания световой волны. Обычно для частицы таких размеров этот показатель не превышает пять-десять периодов световых колебаний. А нам удалось получить целых 200», — рассказывает первый автор публикации Кирилл Кошелев.

Помимо арсенида галлия, по словам авторов работы, для создания таких устройств можно использовать и другие диэлектрики или полупроводники, например кремний, один из самых распространенных материалов в современной микроэлектронике. А новую форму резонатора для удержания света с оптимальным соотношением высоты к диаметру можно масштабировать и использовать для создания разных по размеру ловушек.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.