Впервые физики разработали метаматериал с нулевым показателем преломления света. Это может привести к созданию нового класса оптических (фотонных) компьютеров, в которых информация передаётся практически на исключительно большой скорости.
Новый метаматериал позволяет преодолеть ограничения существующих конструкций фотонных компьютеров, в которых получаемые фотоны приходится преобразовывать в электроны, из-за чего теряется всё преимущество в скорости. Здесь же фотонами можно всячески манипулировать и проделывать с ними разные необычные вещи.
«Свет обычно плохо поддаётся сжатию или обработке, — говорит Эрик Мазур (Eric Mazur) из Гарвардского университета, ведущий автор научной работы, — но этот метаматериал позволяет обрабатывать свет при передаче от одной микросхемы к другой: сжимать его, изгибать, закручивать, изменять диаметр луча от макромасштаба к наноразмеру».
Метаматериал изготавливается из кремниевых столбиков, встроенных в полимерную матрицу и завёрнутых в золотую плёнку.
По словам авторов, световые волны в материале перемещаются «бесконечно быстро» без нарушения законов физики. Конечно, под «бесконечной» имеется в виду фазовая скорость волны, а не реальная скорость света.
Всем известно, что скорость света в вакууме составляет 299 792 458 метров в секунду. Но есть ещё такой показатель как фазовая скорость — скорость перемещения гребней волны в пространстве вдоль заданного направления. Например, при попадании из воздуха в воду световые волны сплющиваются (уплотняются) примерно на 30%. То есть фазовая скорость уменьшается на 30% — соответственно, показатель преломления воды составляет примерно 1,3.
Что же происходит в метаматериале с нулевым показателем преломления? Если говорить просто, то происходят довольно странные вещи. Световая волна как бы выпрямляется, на ней исчезают пики и впадины, она превращается в прямую линию, колебания которой являются фактором времени, а не пространства. Выпрямление волны позволяет легко манипулировать ею без потери энергии. Теоретически, такие характеристики означают практически бесконечный потенциал использования нового метаматериала в промышленности: от телекоммуникаций до квантовых вычислений. Например, квантовые эмиттеры в такой среде, где отсутствует опережение по фазе, могут испускать фотоны, которые всегда синхронизированы по фазе друг с другом, говорит Филип Муноз (Philip Munoz), один из авторов научной работы: «Это может также улучшить запутанность между квантовыми битами, поскольку поступающие волны света имеют бесконечную длину и эффективно распространяются в среде, позволяя сохранять запутанность даже далеко расположенным друг от друга частицам».
Научная работа "On-chip zero-index metamaterials" опубликована 19 октября 2015 года в журнале Nature Photonics (pdf).
Автор: alizar
