Wissenschaftler haben in einem Experiment das Licht um das 10.000-fache verlangsamt: ScienceAlert

Wissenschaftler haben bereits zuvor gezeigt, dass Licht in bestimmten Szenarien verlangsamt werden kann, und eine neue Studie zeigt einen Weg, dies zu erreichen, der verspricht, einer der bisher nützlichsten Ansätze zu sein.

Die Forscher hinter dem Durchbruch, von der Guangxi-Universität und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in China, sagen, dass ihre Methode der Computertechnik und der optischen Kommunikation zugute kommen könnte.

Licht bewegt sich mit nur einer Geschwindigkeit durch das Vakuum des Weltraums – 299.792 Kilometer (ungefähr 186.000 Meilen) pro Sekunde. Wenn man ihm jedoch eine Reihe elektromagnetischer Felder in den Weg wirft, wie sie gewöhnliche Materie umgeben, beginnt sich diese außergewöhnliche Geschwindigkeit zu verlangsamen.

Die meisten transparenten Materialien verlangsamen das Licht etwas. Es sind die Geschwindigkeitsänderungen, die dazu führen, dass Licht auf seinem Weg von einem Medium zum anderen gebogen wird. Um jedoch auf die Bremse zu treten, sind spezielle Materialien wie photonische Kristalle oder sogar ultrakalte Quantengase erforderlich.

„Wir gehen davon aus, dass unsere Arbeit eine völlig neue Richtung für die Erzielung ultrastarker Licht-Materie-Wechselwirkungen in photonischen Nanochips bietet.“ schreiben Die Forscher in ihrem veröffentlichten Artikel.

Die neue Methode basiert auf dem sogenannten Elektromagnetisch induzierte Transparenz (EIT), das einen cleveren Lasertrick nutzt, um die Elektronen in einem im Vakuum gespeicherten Gas zu manipulieren und es im Wesentlichen von undurchsichtig in transparent umzuwandeln.

Das bedeutet, dass Laserlicht zwar durchdringen kann, aufgrund der Manipulation jedoch auch verlangsamt wird. Das macht es für Physiker sehr interessant, allerdings bedeutet dieser Ansatz auch, dass auf dem Weg viel Licht und Energie verloren geht.

Um diesen Verlust zu reduzieren und die Effizienz des gesamten Systems zu verbessern, haben die Forscher einige Prinzipien der EIT in die Lichtsteuerung übernommen und entworfen Neues Material Um das Licht zu verlangsamen. Bei dem Material handelt es sich um eine Art Metaoberfläche – eine künstliche zweidimensionale Struktur mit Eigenschaften, die in der Natur ihresgleichen suchen.

Die vom Team entworfenen Aufbauten bestanden aus sehr dünnen Schichten … Silikon – wie die heutigen Computerchips – haben sich in der Art und Weise, wie sie Energie (in diesem Fall aus Licht) speichern und freisetzen, als viel besser als bestehende Optionen erwiesen.

Den Ergebnissen der Forscher zufolge lässt sich das Licht in diesem System um mehr als das 10.000-fache verlangsamen. Gleichzeitig wird der Lichtverlust im Vergleich zu anderen Geräten um mehr als das Fünffache reduziert Vergleichbare Methoden.

Der Schlüssel zum neuen Ansatz liegt in der Art und Weise, wie die kleinsten Bausteine ​​in der Metaoberfläche – sogenannte Metaatome – positioniert sind. In diesem Fall liegen sie nahe genug beieinander, um miteinander zu verschmelzen, was wiederum die Art und Weise beeinflusst, wie das Licht beim Durchgang behandelt wird.

Das Endergebnis ist, dass all diese komplexe Wissenschaft dazu dient, die Ausbreitung des Lichts besser zu kontrollieren. Da Licht in allen Bereichen, vom Breitbandinternet bis zum Quantencomputing, eine Schlüsselrolle spielt, gibt es viele potenzielle Anwendungen.

Dies ist nicht die einzige Möglichkeit, die Wissenschaftler entdeckt haben Verlangsamen Sie das Licht weiterweit entfernt von der natürlichen Hysterese, die in Materialien wie Wasser auftritt, aber seine Effizienz und Skalierbarkeit machen es zu einer vielversprechenden Option für weitere Untersuchungen.

„Mit diesen Ergebnissen eröffnet unsere Studie einen neuen Weg zur Gestaltung des Lichtflusses in Metaoberflächen.“ schreiben Forscher.

Die Forschung wurde veröffentlicht in Nano-Nachrichten.