Создано самое тонкое зеркало в мире

Обычно для оптических зеркал используют отполированные металлические поверхности или покрытые отражающим составом стекла, которые дают лучшее качество при меньшем весе. Но физики из Института квантовой оптики общества Макса Планка в Мюнхене показали зеркало, которое состоит из одного структурированного слоя атомов.

Разработка уникальна — это один из первых экспериментов в новой области исследований субволн квантовой оптики с упорядоченными частицами. Подробности опубликованы в журнале Nature.

В основе работы нового оптического зеркала лежат два параметра: упорядоченность атомов и расстояние между субволновыми частотами. Они подавляют диффузное рассеяние света и объединяют отражение в направленный и устойчивый луч. Благодаря сравнительно близкому и дискретному расстоянию между атомами фотон может отскакивать от частиц более одного раза, прежде чем отражается. Вместе эффекты дают сильное отражение, которое можно увидеть невооруженным глазом.

Это самое легкое и тонкое зеркало в мире: оно имеет толщину всего в несколько десятков нанометров, что в тысячу раз тоньше волоса, и всего семь микрометров в диаметре. Разработку вряд ли можно будет использовать в коммерческих целях в ближайшее время — зеркало пока невозможно сделать достаточно крупным. Кроме того, аппарат, в котором его создали, огромен: в нем больше тысячи оптических элементов, а вес — две тонны.

Однако материал имеет большой потенциал для науки. «Результаты очень интересны для нас. С одной стороны, фотон-опосредованные корреляции между атомами, которые играют жизненно важную роль в нашей системе, обычно игнорируются в традиционных теориях квантовой оптики. С другой, упорядоченные массивы атомов, полученные путем загрузки ультрахолодных частиц в оптические решетки, в основном использовались для изучения квантового моделирования конденсированных сред. Но они оказались мощной платформой и для изучения новых квантово-оптических явлений», — объясняет Цзюнь Руй, один из авторов статьи.

Дальнейшие исследования могли бы углубить понимание квантовых теорий взаимодействия света и материи, а также физики многих тел с оптическими фотонами, считают ученые. Они также дают возможность создавать более эффективные квантовые устройства.

«Например, работа предоставляет увлекательный новый подход к квантовой оптомеханике — растущей сфере, которая исследует квантовую природу света с помощью механических средств. Она также может помочь создать лучшую квантовую память или квантовое переключаемое оптическое зеркало, — добавляет один из авторов работы Дэвид Вэй. — Оба направления интересны и стали бы значительными достижениями на пути к возможности квантовой передачи информации».