Международная команда ученых, в которую вошли специалисты группы квантовой нанооптики Университета Овьедо и Исследовательского центра наноматериалов и нанотехнологий (CINN) опубликовала масштабный обзор, посвященный управлению светом в материалах толщиной всего в несколько атомов.
В центре внимания физиков оказались поляритоны — особые гибридные образования, возникающие при интенсивном взаимодействии света с веществом. Это не просто фотоны и не просто колебания в материале, а нечто среднее, объединяющее свойства и фотонов, и колебаний. Такие квазичастицы рождаются в так называемых ван-дер-ваальсовых материалах с низкой симметрией, и когда это происходит, свет начинает вести себя совершенно непривычным образом: он распространяется не во все стороны равномерно, а движется по строго определенным направлениям.
Новое исследование было проведено в рамках проекта TWISTOPTICS под руководством профессора Пабло Алонсо Гонсалеса. Суть предложенного физиками подхода напоминает сборку конструктора на атомарном уровне: ученые скручивали и укладывали нанометровые слои материалов друг на друга, словно детали «Лего», создавая структуры с заранее заданными физическими свойствами.
В своем обзоре специалисты описали целый ряд необычных оптических явлений, которые им удалось при этом наблюдать. Например, отрицательное преломление, при котором свет на границе двух материалов изгибается в сторону, противоположную привычной. Или канализированное распространение, которое позволяет направлять энергию света вообще без рассеивания — словно по невидимым рельсам. Как отмечают авторы работы, «эти свойства открывают беспрецедентные возможности контроля над взаимодействием света и материи в диапазоне от видимого излучения до терагерцовых волн».
Представленные теоретические и экспериментальные наработки закладывают фундамент для практического применения разработанной физиками методики управления светом в самых разных областях. Интегральные оптические схемы, сверхчувствительные биосенсоры, системы управления теплом и методы визуализации со сверхвысоким разрешением — вот лишь некоторые направления, где контроль над светом на атомарном уровне может принести революционные результаты и стать основой для технологий будущего.
Ранее ученые с помощью ультракоротких лазерных импульсов впервые напрямую засняли отдельные атомы кислорода в жидкости, изменив представления о поведении свободных атомов.