Казалось бы, невозможно: наноструктура сжимает свет в пучок 10 000 раз тоньше человеческого волоса
До недавнего времени физики считали, что нельзя сжать свет ниже так называемого дифракционного предела, за исключением случаев использования металлических наночастиц, которые также поглощают свет.
В результате казалось невозможным сильно сжать свет в диэлектрических материалах, таких как кремний, которые необходимы для информационных технологий и имеют преимущество, заключающееся в том, что они не поглощают свет. Еще в 2006 году теоретически было оказано, что дифракционный предел не распространяется на диэлектрики. Однако никому не удалось продемонстрировать это на практике. Причина в том, что для этого требуются сложные нанотехнологии, которые до недавнего времени были недоступны.
Исследовательская группа из Технического университета Дании создала устройство, известное как «диэлектрическая нанополость», которое успешно концентрирует свет в объеме, в 12 раз меньше дифракционного предела. Открытие является новаторским в оптических исследованиях и недавно было опубликовано в журнале Nature Communications.

Cтруктура напоминает галстук-бабочку. Она сжимает свет в пространстве, а наноструктуры вокруг него сохраняют его во времени. Результатом является сжатие света до наименьшего на сегодняшний день масштаба — самого маленького в мире фотона в диэлектрическом материале.
— Маркус Альбрехтсен, аспирант DTU Electro и первый автор новой статьи.
Оптические нанорезонаторы — структуры, которые были специально разработаны для удержания света таким образом, что он не распространяется нормально, а отбрасывается взад и вперед, как если бы два зеркала были обращены друг к другу.
Чем ближе зеркала друг к другу, тем интенсивнее становится свет между ними. Для этого эксперимента исследователи создали структуру в виде галстука-бабочки, которая благодаря своей уникальной форме особенно эффективно сжимает фотоны.
Открытие может иметь решающее значение для разработки революционных технологий, которые могут уменьшить количество потребляющих энергию компонентов в центрах обработки данных, компьютерах, телефонах и т. д.
Энергопотребление компьютеров и центров обработки данных продолжает расти, и существует потребность в более устойчивых архитектурах микросхем, потребляющих меньше энергии. Этого можно добиться заменой электрических цепей оптическими компонентами.
Видение исследователей состоит в том, чтобы использовать такое же разделение труда между светом и электронами, как и в Интернете, где свет используется для связи, а электроника — для обработки данных.
Единственное отличие состоит в том, что обе функции должны быть встроены в один и тот же чип, что требует, чтобы свет был сжат до того же размера, что и электронные компоненты.
В результате казалось невозможным сильно сжать свет в диэлектрических материалах, таких как кремний, которые необходимы для информационных технологий и имеют преимущество, заключающееся в том, что они не поглощают свет. Еще в 2006 году теоретически было оказано, что дифракционный предел не распространяется на диэлектрики. Однако никому не удалось продемонстрировать это на практике. Причина в том, что для этого требуются сложные нанотехнологии, которые до недавнего времени были недоступны.
Исследовательская группа из Технического университета Дании создала устройство, известное как «диэлектрическая нанополость», которое успешно концентрирует свет в объеме, в 12 раз меньше дифракционного предела. Открытие является новаторским в оптических исследованиях и недавно было опубликовано в журнале Nature Communications.

Cтруктура напоминает галстук-бабочку. Она сжимает свет в пространстве, а наноструктуры вокруг него сохраняют его во времени. Результатом является сжатие света до наименьшего на сегодняшний день масштаба — самого маленького в мире фотона в диэлектрическом материале.
Хотя компьютерные расчеты показывают, что можно сконцентрировать свет в бесконечно малой точке, это применимо только в теории. Фактические результаты ограничены технической возможностью изготовить мелкие детали, например, на микрочипе. Мы запрограммировали наши знания о реальной фотонной нанотехнологии и ее текущих ограничениях в компьютер. Затем мы попросили компьютер найти схему, которая собирает фотоны на беспрецедентно малой площади — в оптической нанорезонаторе — которую мы также смогли построить в лаборатории
— Маркус Альбрехтсен, аспирант DTU Electro и первый автор новой статьи.
Оптические нанорезонаторы — структуры, которые были специально разработаны для удержания света таким образом, что он не распространяется нормально, а отбрасывается взад и вперед, как если бы два зеркала были обращены друг к другу.
Чем ближе зеркала друг к другу, тем интенсивнее становится свет между ними. Для этого эксперимента исследователи создали структуру в виде галстука-бабочки, которая благодаря своей уникальной форме особенно эффективно сжимает фотоны.
Открытие может иметь решающее значение для разработки революционных технологий, которые могут уменьшить количество потребляющих энергию компонентов в центрах обработки данных, компьютерах, телефонах и т. д.
Энергопотребление компьютеров и центров обработки данных продолжает расти, и существует потребность в более устойчивых архитектурах микросхем, потребляющих меньше энергии. Этого можно добиться заменой электрических цепей оптическими компонентами.
Видение исследователей состоит в том, чтобы использовать такое же разделение труда между светом и электронами, как и в Интернете, где свет используется для связи, а электроника — для обработки данных.
Единственное отличие состоит в том, что обе функции должны быть встроены в один и тот же чип, что требует, чтобы свет был сжат до того же размера, что и электронные компоненты.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Странный зверинец первого князя Ярославля: почему археологи были удивлены и даже напуганы находками в нем?
Ученые уверены, что новое открытие поможет переписать некоторые страницы российского истории...
В ходе эксперимента люди начали принимать холодный душ, и произошло нечто странное
Из-за чего огорчились скептики и почему крайне важны первые две недели...
Так рано еще никогда не было: полярный вихрь начал разрушаться уже в ноябре. Чем это грозит России?
Ученые давно замечали тревожную тенденцию, но такого поворота не ждали даже они...
Якобы непроницаемый радиационный барьер Земли был прорван: чем это грозит человечеству?
Что обнаружил японский спутник «Арасе» после магнитной бури высшей категории...
«Гнев Господень»: в Средние века люди спровоцировали два цунами-катастрофы на озере в Италии
Ученые бьют тревогу: шансы, что ситуация может повториться сейчас, весьма велики...
89-летняя загадка призрачных маяков: ученые объяснили феномен, который наблюдают по всему миру
Как оказалось, оптическая аномалия скрывалась внутри мозга, и механизм ее действия достаточно прост...
«Мокрые бандиты» атаковали сотни супермаркетов по всей Европе: хакеры уже дважды устраивают пищевой коллапс в западных странах
Европейские ретейлеры еще раз доказали, что «кроилово ведет к попадалову», а скупой будет платить много раз...
Синдром призрачных людей: что узнали ученые, изучив семью, которую 10 лет посещали призраки
Самое интересное: исследователи не смогли поставить точку в своей научной работе. Что им помешало?...
Убивая мертвых: историк рассказал, почему Европу в XVII и XVIII веках охватила эпидемия вампиризма?
Великий ученый, серп на шее, африканские легенды, лекарство из могилы — все это сплелось в причудливую историю...
Новый российский метеорит: почему небесный камень, найденный 20 лет назад на Алтае, оставался никому не известным
Кому сейчас принадлежит космический артефакт и почему юристы называют такие находки ничейными?...
Ученые использовали «психомантеум», чтобы вызвать призраков. А потом началось странное
Исследователи сами не до конца понимают, что зафиксировали приборы во время эксперимента...
Выяснилось, что ии-медики отлично лечат, но есть большое но: почему визиты к нейродоктору выходят в три раза дороже, чем у живых врачей?
Средние цифры говорят сами за себя: 97$ у доктора человека и 314$ у ИИ. При этом нейрочек иногда достигал грабительских 599$...
Авиация в США наконец-то уходит… с дискет: почему так поздно и как с этим обстоят дела в России?
Американцы потратили на выход из 90-х чудовищные суммы, но далеко не факт, что все заработает в срок и как надо...