Физики «расцепили» свет для управления его скоростью

❋ 5.9

Исследователи заставили свет двигаться с разной групповой скоростью в противоположных направлениях одной среды при сохранении амплитуды. Для этого им понадобился иттрий-железный гранат.

Физика

# микроволновые фотоны

# свет

# фотоника

# Хиральность

Фотоны в диэлектрическом резонаторе (желтый) взаимодействуют с магнонами в сфере из YIG (фиолетовый) через микрополосу (серый). Их взаимодействие работает как светофор для микроволновых импульсов — ускоряет их в одном направлении (зеленый) и замедляет в другом (красный). Взаимодействие регулируется магнитным полем. / © Yao et al.

Ученым иногда нужно замедлить скорость света. Изменение параметров световой волны используют в высокоскоростных системах передачи информации и квантовых устройствах. Но сделать это нужно так, чтобы скорость световых импульсов изменилась сильно, а эффективность передачи данных световой волной не пострадала.

Традиционные методы управления скоростью света работают за счет квантовой интерференции в среде, то делая ее прозрачной для световых пучков, то замедляя скорость распространения света.

Такие методы позволяют осуществлять только контроль групповой скорости. Это означает, что световой пучок после обработки будет вести себя одинаково независимо от направления распространения. Но ученым интересен более сложный случай — невзаимный контроль скорости света.

Свет обладает фазой, которая определяет, насколько «впереди» световая волна относительно определенного положения отсчета. Через управление фазой можно регулировать скорость импульсов, переносящих информацию. Соотношения Крамерса-Кронига говорят, что если что-то сильно влияет на фазу света, оно должно изменять и амплитуду.

Но ученые предполагали, что параметры света можно «разделить» и управлять ими невзаимно. «Фундаментальный принцип, известный как соотношения Крамерса-Кронига, который, казалось бы, запрещает это, но, к удивлению, наш эксперимент показывает, что природа здесь необычайно щедра к нам», — сказал Цань-Мин Ху (Can-Ming Hu), руководитель группы динамической спинтроники Университета Манитобы.

Исследователей Исследователи из Университета Манитобы (Канада) и Ланьчжоуского университета (Китай) описали невзаимный контроль скорости света с помощью полостного магнонного устройства. Оно связывает микроволновые фотоны (кванты микроволнового излучения) с магнонами (квантами колебаний спинов электронов в материалах). Детали ученые описали в статье в журнале Physical Review Letters.

Исследователи построили гибридную систему. Диэлектрический резонатор в ней работает в фотонном режиме, а магнитная сфера из иттрий-железного граната (YIG) работает в магнонном режиме. Магнитные материалы обладают внутренней хиральностью — в них спины прецессируют в фиксированном направлении, определяемом приложенным магнитным полем. Эту хиральность ученые использовали для создания невзаимности.

Невзаимность проверили и подтвердили. Исследователи направили в разработанную систему микроволновый импульс с двух сторон. Измеренная скорость распространения света говорит о том, что новый метод обеспечивает выраженные эффекты задержки и опережения, а значит ученые смогли невзаимно управлять светом.

Описанная учеными техника обеспечивает невзаимную передачу сигналов с высоким коэффициентом изоляции и гибкой управляемостью. Ученые считают, что для практического применения найденного эффекта разницу между параметрами света еще предстоит усилить.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Евгения Вавилова — научпоп автор, специализирующийся на популярной физике. Выпускница физического факультета, более 10 лет пишет о новейших открытиях в квантовой механике, астрофизике и теоретической физике. Евгения умеет объяснять сложные концепции простым языком и регулярно публикует материалы, основанные на первоисточниках — научных статьях и интервью с исследователями.