Свет и материю прочно связали друг с другом

Физики впервые смогли соединить материю и свет «сверхпрочной связью». Ученые смогли «запереть» свет в небольших отверстиях в наноразмерном слое золота.

University of Minnesota

В новом материале атомы так быстро поглощают и переизлучают свет, что атомные колебания соединяются с фотонами воедино. Это может позволить создать прочные квантовые состояния, с помощью которых можно будет получать фотоны из вакуума

Взаимодействие между светом и материей позволяет растениям преобразовывать солнечный свет в энергию и позволяет животным видеть окружающий мир. Атомы внутри материалов, например, могут генерировать инфракрасный свет в процессе своих колебаний. Если объект нагревается, составляющие его атомы начинают вибрировать сильнее, испуская больше инфракрасного излучения. Благодаря этому мы можем видеть окружающий мир с помощью тепловизоров и инфракрасных камер.

С другой стороны, длины волн, которые поглощает определенный материал, могут быть своего рода «отпечатками пальцев», которые позволяют идентифицировать то или иное соединение. Чтобы улучшить описанные технологии, ученым необходимо усилить взаимодействие инфракрасного света с материалам. Этого можно достичь, если научиться «запирать» свет в небольшом объеме материала. 

Новый метод такого ограничения излучения разработали физики из Миннесотского университета. Они смогли создать в тонкой золотой пленке отверстия диаметром всего два нанометра. Получившиеся нанотрубки исследователи заполнили диоксидом кремния. Попадая в такие отверстия, свет «застревал» и, фактически, образовывал очень прочную связь с атомами, заставляя их колебаться.

По словам авторов, в таком материале атомы поглощают излучение и начинают колебаться с определенной частотой. Через очень короткий промежуток времени атом вновь излучает фотон с меньшей энергией, который затем индуцирует колебания в соседнем атоме. В результате фотоны «перескакивают» между атомами с такой скоростью, что отличить фотоны света от квантов атомных колебаний — фононов — становится невозможным.

Такие состояния называются поляритонами. Чем сильнее становится взаимодействие между фотоном и фононом, тем более странными могут быть квантово-механические эффекты. Если взаимодействие станет достаточно сильным, можно будет создавать фотоны из вакуума или заставить химические реакции протекать по ранее невозможным механизмам.

Автор: Никита Шевцев

Источник: https://www.popmech.ru/science/news-651043-svet-i-materiyu-prochno-svyazali-drug-s-drugom