Niedawne badania wykazały, że możliwe jest stworzenie nowej formy światła poprzez połączenie światła z jednym elektronem, łącząc w ten sposób właściwości obu. Według naukowców z Imperial College London, którzy przeprowadzili badanie, wiązane światło i elektron mogą mieć właściwości, które mogą prowadzić do obwodów współpracujących z pakietami światła - fotonami - zamiast elektronów.
Pozwoli to również naukowcom na badanie zjawisk fizyki kwantowej, w których biorą udział cząstki mniejsze od atomów.
W konwencjonalnych materiałach światło oddziałuje z różnymi elektronami obecnymi na i wewnątrz materiału. Jednak używając fizyki teoretycznej do modelowania zachowania światła i nowo odkrytej klasy materiałów zwanych izolatorami topologicznymi, naukowcy z Imperial College doszli do wniosku, że może on oddziaływać tylko z jednym elektronem na powierzchni.
Pozwala to stworzyć parę łączącą właściwości światła i elektronu. Zwykle światło porusza się po linii prostej, ale przyłączone do elektronu będzie podążać swoją drogą po powierzchni materiału.
W badaniu opublikowanym w Nature Communications dr Vincenzo Giannini i współpracownicy modelowali tę interakcję za pomocą nanocząstki - małej kulki o średnicy mniejszej niż 0,00000001 m - z topologicznego izolatora.
Ich modele pokazały, że tak jak światło nabiera właściwości elektronu i przechodzi przez cząstkę, tak elektron przejmuje pewne właściwości światła. Zwykle, gdy elektrony poruszają się przez materiały - na przykład w obwodzie elektrycznym - zatrzymują się, gdy napotkają defekt. Ale jak wykazała grupa Gianniniego, nawet gdyby na powierzchni nanocząstki istniały niedoskonałe obszary, elektron i tak pokonałby je za pomocą światła.
Jeśli można to zastosować do obwodów fotonicznych, będą one bardziej niezawodne i mniej podatne na degradację i defekty fizyczne.
„Wyniki tych badań będą miały ogromny wpływ na to, jak wyobrażamy sobie światło. Izolatory topologiczne odkryto dopiero w ostatniej dekadzie, ale już teraz dostarczają nam nowych zjawisk do badania i nowych sposobów testowania ważnych pojęć w fizyce”- mówi Giannini. I dodaje, że zjawiska, które modelował w eksperymentach, można obserwować przy użyciu nowoczesnych technologii, a jego zespół już pracuje z fizykami doświadczalnymi nad ich realizacją.
Film promocyjny:
Uważa, że proces, który prowadzi do powstania nowej formy światła, można skalować, aby znacznie ułatwić obserwację takich zjawisk. Obecnie zjawiska kwantowe można zaobserwować tylko poprzez badanie bardzo małych obiektów lub obiektów przechłodzonych, ale najnowszy przełom może pozwolić naukowcom na badanie tych zachowań w temperaturze pokojowej.
ILYA KHEL