Resonaattorit hidastavat valoa

Kvanttimaailmassa tietyissä olosuhteissa ja oikeilla interferenssikuvioilla valo voi kulkea läpinäkymättömän median läpi.

Monet fotonien vuorovaikutukset tukeutuvat prosessiin, jota kutsutaan sähkömagneettisesti indusoiduksi läpinäkyvyydeksi (EIT).

Koska sillä olisi käyttöä nykyisissä ja kehitteillä olevissa kvanttisissa ja optisissa teknologioissa, tutkijat ovat kiinnostuneita kyvystä manipuloida EIT:tä ilman ulkoisien vaikutteiden käyttöönottoa.

Tutkijat Washingtonin St. Louis yliopistossa ovat suunnitelleet optisen resonaattorijärjestelmän, jota voidaan käyttää läpinäkyvyyden kytkemiseen päälle ja pois päältä. Virittämällä yksi resonaattori poikkeukselliseen pisteeseen, läpinäkyvyys tai absorptio tapahtuu ohjausbittinä toimivasta valon kiraalisuudesta riippuen.

EIT:n avulla tutkijat ovat hidastaneet valoa alle kahdeksaan metriin sekunnissa. Tällöin sitä voisi käyttää valoinformaation tallentamiseen. Kun valo hidastuu, silloin on tarpeeksi aikaa käyttää koodaamaan informaatiota valoon optista kvanttilaskentaa tai optista viestintää varten.

Kansainvälinen tutkijaryhmä Pietarin ITMO-yliopistosta, Australian ja Korean yliopistoista on kokeellisesti loukuttanut sähkömagneettisia aaltoja muutaman sadan nanometrin kokoisessa gallium-arsenidin nanoresonaattorissa ennätysmäisen pitkän ajan.

Aikaisemmat valon sieppausyritykset ovat tähän asti toimineet paljon suuremmilla resonaattoreilla. Tutkijaryhmä kehitti konseptin, jossa avainmateriaaliksi valittiin gallium-arsenidi. Se on puolijohde, jolla on korkea taitekerroin ja vahva epälineaarinen vaste lähi-infrapuna-alueella.

Tutkijat myös päättelivät optimaalisen muodon resonaattorille, joka tehokkaasti ansoittaa sähkömagneettista säteilyä. Sellainen löytyi perinteisestä ajattelusta poiketen varsin yksinkertaisesta sylinterirakenteesta.

Kokeilut osoittivat hiukkasten kaapanneen valoa ajan, joka on yli 200 kertaa yhden aaltovärähtelyn jakson verran. Yleensä kyseisen kokoisissa hiukkasissa suhde on viidestä kymmeneen aallon värähtelyjaksoa.

Kuinka sellaisia resonaattoreita voitaisiin sitten käyttää. Esimerkiksi ansaa on käytetty nanolaitteeseen, joka kykenee muuttamaan valoaallon taajuutta ja siten väriä. Kun se oli kulkenut tämän resonaattorin läpi, infrapunasäde muuttui punaiseksi ja tuli ihmisen silmälle näkyväksi valoksi.

Menetelmällä on myös potentiaalisia sovelluksia erilaisissa anturilaitteissa ja jopa erityisissä lasipinnoitteissa, jotka mahdollistaisivat värikkään yökuvan tuottamisen.

Aiheesta aiemmin: Kvanttilaskenta ja pysäytetty valo