Физики разработали способ концентрировать свет с помощью стены
Ученые нашли эффективную конфигурацию фотонного кристалла с функциональной «стеной» под углом к волноводу. Созданная структура концентрирует свет в области, сравнимой с длиной волны излучения.
Иногда ученым и инженерам нужно сконцентрировать свет в малом объеме. Они делают это для повышения эффективности оптических устройств, уменьшения их размеров и развития технологий квантовых вычислений. В идеале исследователям хотелось бы уметь концентрировать свет небольшим устройством в область, сравнимую по размерам с длиной волны этого света.
До сих пор было известно два подхода к концентрации света: с помощью оптических резонаторов или волноводов, которые сжимают свет. Первый метод использует эффект резонанса, и физические размеры устройства подобраны так, чтобы усиливать одну точно выбранную длину волны. Второй работает по методу оптической линзы, но требует большого размера устройства.
Международная команда физиков продемонстрировала новый способ фокусировки света на малом масштабе. Ключевым элементом новой методики стала топология физической системы. Ученые используют для концентрации света фотонные кристаллы. Их метод работает в более широком диапазоне длин волн по сравнению с альтернативными подходами. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
«Фотонные кристаллы — кремниевые пластины с повторяющимся регулярным узором из микроскопических отверстий, которые в принципе препятствуют распространению света в материале. Но если разместить рядом два таких кристалла с зеркально отраженным узором, то на их границе возникает волновод, и свет может распространяться только вдоль этой границы. Особенность конструкции в том, что световое проведение „топологически защищено“: рассеяние и отражение на дефектах материала подавлены», — объяснил один из авторов исследования Даниэль Мёйс (Daniel Muis).
Исследователи экспериментально проверили, что произойдет, если такой волновод резко оборвать стеной из непроницаемого для света материала. Оказалось, что так можно сконцентрировать излучение.
Свет не может пройти сквозь стену материала, а отражение в области до ограничителя подавлено. В результате свет накапливаться перед этим барьером. Со временем излучение все же отскакивает назад по волноводу, но с задержкой. Это и приводит к локальному усилению светового поля.
Усиление светового поля в конце топологического волновода происходит, только если «стена» расположена под определенным углом к волноводу. Это показывает, что усиление света связано с топологическим подавлением обратного отражения. Устройство позволяет проводить концентрацию света в малом объеме — сопоставимом с длиной волны самого света.
Описанный учеными механизм применим к другим типам волн в структурированных средах, включая звуковые волны или даже электроны в определенных кристаллах.
«Следующим шагом может стать применение импульсного лазера, чтобы изучить временной интервал, в течение которого продолжается накопление света. Это позволит оценить максимум возможного усиления поля и использовать его в оптических чипах для управления светом», — подытожил Мёйс.
Telegram 
Дзен 
VK Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии