Создано самое тонкое зеркало в мире, не видимое глазом

МОСКВА, 16 июл — РИА Новости. Немецкие физики разработали самое тонкое и легкое оптическое зеркало. Оно состоит всего из одного слоя атомов и не видимо человеческим глазом, но отражение от него прекрасно видно. Описание приведено в журнале Nature.

Обычно в зеркалах используются полированные металлические поверхности или оптические стекла со специальным покрытием для улучшения характеристик и уменьшения веса.

Физики из Института квантовой оптики имени Макса Планка в Германии создали новый зеркальный метаматериал, который состоит из одного структурированного слоя, содержащего всего несколько сотен идентичных атомов. Атомы в нем расположены в двумерном массиве оптической решетки, образованной лазерными лучами, и упорядочены по регулярной схеме с шагом, меньшим длины волны оптического перехода атома. Это первые экспериментальные результаты недавно появившегося научного направления субволновой квантовой оптики с упорядоченными атомами.

Физики впервые продемонстрировали, что даже один структурированный слой из нескольких сотен атомов может сформировать оптическое зеркало, что делает его самым легким из всех возможных. Новое зеркало имеет толщину всего несколько десятков нанометров, что в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Отражение от него, однако, настолько сильное, что его можно наблюдать даже невооруженным глазом.

Метаматериалы — это искусственно созданные структуры с очень специфическими свойствами, не встречающимися в природе. Эти свойства они приобретают не из-за веществ, из которых они сделаны, а благодаря особому спроектированному внутреннему строению.

Два важнейших внутренних свойства нового зеркала — регулярный рисунок атомов и расстояние между длинами волн моделирующих лазеров. Регулярная структура и расстояние между атомами на субволнах подавляют диффузное рассеяние света, объединяя отражение в однонаправленный и устойчивый луч света.

Кроме того, из-за сравнительно близкого и дискретного расстояния между атомами, входящий фотон может отражаться между атомами несколько раз, прежде чем он будет отражен.

Оба эффекта — подавленное рассеяние света и отскакивание фотонов — приводят, по словам авторов к "усиленной совместной реакции на внешнее поле", что означает очень сильное отражение.

Само зеркало очень тонкое и невидимое, но устройство, в котором оно создано, достаточно большое. Оно насчитывает более тысячи отдельных оптических компонентов и весит около двух тонн. Поэтому новый материал вряд ли будет использоваться в бытовых целях, но научное значение новой разработки огромно.

"Результаты очень интересны. Как и в типичных разбавленных объемных ансамблях, фотон-опосредованные корреляции между атомами, которые играют важную роль в нашей системе, обычно не учитываются в традиционных теориях квантовой оптики, — приводятся в пресс-релизе Института квантовой оптики слова первого автора статьи Джун Руи (Jun Rui). — Упорядоченные массивы атомов, полученные путем загрузки ультрахолодных атомов в оптические решетки, ранее в основном использовались для изучения квантового моделирования конденсированных сред. Но теперь это становится мощной платформой для изучения новых квантово-оптических явлений".

"Квантовая оптомеханика — растущая область изучения квантовой природы света с помощью механических устройств, — объясняет руководитель исследования, доктор наук Дэвид Вэй (David Wei). — Наша работа может помочь создать лучшую квантовую память или даже построить оптическое зеркало с квантовым переключением. И то и другое стало бы важным достижением в области обработки информации".

Ученые уверены, что продолжение фундаментальных исследований взаимодействий света с веществом приведут в конечном итоге к созданию эффективных квантовых устройств.