Американские физики создали новую световую волну с уникальными свойствами электрона и фотона

Поместите увеличительное стекло на солнечный свет – и он сфокусируется в единый луч. Поместите призму перед окном – и свет распадётся на радугу. Линзы, подобные этим, использовались в течение многие сотен лет, в том числе и для создания весьма сложных оптических устройств.

Однако до сегодняшнего дня все линзы разделяли одно общее ограничение: Они не могли сфокусировать свет в луч, меньший половины длины волны этого света. Этот так называемый «дифракционный предел» до сих пор мешал технологиям, основанных на фотонах (вместо электронов), конкурировать в размерах с электронными устройствами.

Однако новая отрасль науки, получившая название плазмоники, может перевернуть эту устоявшуюся с веками истину на голову и революционизировать высокотехнологичные устройства – от супер-микроскопов до сверхярких дисплеев и высокоскоростных компьютеров. Теперь исследователи могут фокусировать свет в луч диаметром всего 10 нанометров – малую долю самой короткой длины волны видимого спектра.

Главной задачей в данном случае является заставить фотоны и электроны действовать как одно целое. Когда вам это удаётся, получившаяся частица получает свойства и преимущества каждой составляющей. Эта уникальная комбинация может позволить создавать ультракомпактные, ультрабыстрые, и энергоэффективные устройства.

Однако, это не предел развития данной технологии. Существующие на текущий момент плазмонные устройства основаны на твёрдых материалах. В жидкой среде можно было бы получить больше контроля над их свойствами. Возможно, исследователи даже смогли бы не только сделать их миниатюрными и быстрыми, но также и реконфигурируемыми и мультифункциональными.

Чтобы добиться такого результата, исследователь Лю Йонгмин объединился с несколькими коллегами из разных университетов мира для создания первой «плазможидкостной линзы», которая использовала бы для манипуляций со светом водяные пузыри. Подробности этой работы были недавно опубликованы в журнале «Nature Communications».

Как и в случае со стеклянными пузырями, эти пузырьки создаются теплом – только исходящим от крошечного лазера шириной всего несколько микрометров.

Исследователи могут использовать такой лазер, чтобы менять размер, форму, и положение пузырьков, позволяя точно контролировать, куда и как направляется свет. С помощью единственной линзы они могут одновременно фокусировать, рассеивать, и синхронизировать фотоны из одного и того же луча света.

Сочетая размеры электроники со скоростью оптики и гибкостью жидкостной среды, говорит Лю, данный подход создаёт плодородную почву для большого количества новых технологий, который мы пока даже не можем себе представить. К примеру – он может породить абсолютно новый класс биомедицинских диагностических инструментов.