Вчені змогли зловити пучки інфрачервоного світла в решітці спеціально спроектованих атомів, товщина якої становить всього 42 нанометри. Це приблизно в 2000 разів тонше за людське волосся або ще тонший шматочок стандартного аркуша паперу.

Цей вражаючий досягнення, яке очолила команда з Варшавського університету в Польщі, обіцяє значні наслідки для електроніки на основі світла, оскільки компоненти технології продовжують ставати меншими і точнішими.

Це також важливий крок у вивченні інфрачервоного світла, яке має довші хвилі, ніж видиме світло. Здатність ловити інфрачервоне світло в маленьких просторах є викликом, який може розширити межі фізики.

"Представлені результати обіцяють реалізацію плоских, ультракомпактних пристроїв для лазерного випромінювання, контролю фронту хвиль і вищих топологічних станів світла," - пишуть дослідники у своїй публікації.

Ключ до експерименту полягає в матеріалі, використаному для решітки, яка утримує світло. Вона виготовлена з шаруватих атомів молібдену і селену, створюючи ультратонку структуру молібденового диселеніду (MoSe₂).

Ця особлива хімічна конструкція максимізує показник заломлення решітки, її здатність згинати і сповільнювати світло (готове до ловлення).

Хоча MoSe₂ давно відомий своїм високим показником заломлення, надійне виробництво його на найменших масштабах раніше було проблематичним.

У цьому новому дослідженні вчені використовували атомний метод "друку" під назвою молекулярна плівкова епітаксія (MBE) для створення листів MoSe₂. Окрім вирощування листів, дослідники також вирізали мікроскопічні смуги в них – з проміжками меншими за довжину хвилі інфрачервоного світла (підхвильові) – готові утримувати фотони на місці.

Ще один фізичний трюк був потрібен для цього, званий "зв'язаний стан у континуумі" (BIC). Це явище, коли, в даному випадку, світлові хвилі обмежені в матеріалі, незважаючи на те, що співіснують з іншими хвилями, які випромінюються.

Для створення BIC матеріали повинні бути точно спроектовані та налаштовані, що дослідники забезпечили, ретельно моделюючи решітку MoSe₂ перед її виготовленням.

"Ми використали винятковий високий показник заломлення MoSe₂, щоб інноваційно спроектувати та виготовити підхвильові решітки на основі MoSe₂, які містять BIC," - пишуть дослідники.

Існують деякі потенційні реальні застосування цієї складної фізики. Вчені продовжують досліджувати ідею оптичних обчислень – де фотони світла замінюють електрони та електрику – що може значно покращити швидкість обробки, зменшуючи розмір компонентів.

Хоча багато перешкод залишаються, перш ніж оптичні обчислення можуть стати життєздатними, демонстрації, подібні до описаної тут, показують, що може бути можливим ловити і маніпулювати світлом з необхідною точністю – і на найменших масштабах.

Щодо цього конкретного матеріалу та пастки для світла, потрібно ще більше роботи, перш ніж його можна буде надійно впровадити в масштабах. Процес вирощування листів, який команда розробила, не був ідеальним, тому матеріал полірували шовковими тканинами, щоб усунути невідповідності.

Однак дослідники впевнені, що їхній підхід можна розвивати далі і навіть розширити на інші області.

MoSe₂ належить до більшої родини надтонких матеріалів, званих дихалькогенідами перехідних металів (TMDs), і сподіваються, що нові способи можуть бути знайдені для виробництва та маніпулювання TMDs більш надійно.

Це прокладе шлях для гаджетів, які будуть ще меншими і швидшими, ніж ті, що ми маємо сьогодні, частково завдяки ловленню світла в неймовірно малих просторах.

Цікавий факт

Дослідження, яке описується в статті, було опубліковано в журналі ACS Nano.