Фізики з Університету Ліхай (США) провели досвід з «задерживанию» світла на металевій пластині.

Варто відразу сказати, що в подібних експериментах розглядається групова швидкість світла, яка, зокрема, визначає швидкість поширення в середовищі світлового імпульсу. Групова швидкість практично не відрізняється від звичайної фазової, якщо показник заломлення середовища слабо залежить від довжини хвилі, але в середовищі з сильною дисперсією швидкість переміщення світлового імпульсу зі швидкістю переміщення фази хвилі всередині імпульсу не збігається.

Зараз «уповільнення» або навіть повна «зупинка» світла вже нікого не дивує. Відомо кілька варіантів демонстрації цього явища, про один з яких, заснованому на ефекті електромагнітно індукованої прозорості (ЕІП). Ключовим елементом схем на ЕІП стають атомні пари – наприклад, пари рубідію.

У 2007 році в журналі Nature була опублікована стаття з теоретичним описом іншою версією експерименту, до якої і належить термін «захоплення веселки». Її автори розглянули проходження випромінювання в клиновидном хвилеводі з метаматеріалу з серцевиною, що має негативний показник заломлення, і з'ясували, що групову швидкість в такій схемі можна знизити до нуля. При цьому кожен частотний компонент вихідного хвильового пакету повинен «зупинятися» на своїй ділянці простору з певною товщиною хвилеводу, утворюючи ту саму «веселку».

Американські фізики реалізували трохи більше простий варіант досвіду. У ньому світло з різними довжинами хвиль «затримується» на різних ділянках металевої гратчастої структури при утворенні поверхневих плазмон-поляритонів – квазічастинок, що виникають у результаті взаємодії фотонів і електронів у металі. Ці квазічастинки поширюються у вигляді поверхневої електромагнітної хвилі вздовж кордону розділу металу і повітря.

Щоб створити умови для захоплення різних довжин хвиль, дослідники зробили на срібній підкладці ряд борозенок шириною близько 150 нм. Жолобки прорізалися сфокусованим іонним пучком, і час його дії на платівку збільшували з кожною новою борозенкою, що, природно, робило їх більш глибокими. Сусідні борозенки розрізнялися по глибині на 1,5-1,8 нм.

Гратчаста заготівля, орієнтована на роботу в галузі 500-700 нм, підсвічувалася знизу, а поширення поверхневих плазмон-поляритонів і випромінювання, що виходить від нанорозмірних борозенок, можна було спостерігати зверху.

Згідно з розрахунками, зелене (546 нм) і червоне (655 нм) випромінювання має «захоплюватися» в жолобках глибиною близько 30 і 60 нм. В експерименті ці припущення перевірялися за допомогою білого підсвічування і трьох фільтрів: багатосмугового, центри смуг пропускання якого знаходилися на 542 і 639 нм, та окремих фільтрів для червоного і зеленого кольору. Результати досліджень, представлені на малюнку нижче, добре відповідають теорії, але області червоного і зеленого світіння на платівці, що знаходилися в очікуваних точках, виявилися досить широкими. Ймовірно, це пояснюється тим, що борозенки мають неідеальну поверхню, а фільтри – відносно широкі смуги пропускання (6-12 нм).

Зображення гратчастої структури, отримане за допомогою атомно-силового мікроскопа, і результати дослідів. Глибина борозенок збільшується з 6 до 100 нм, а розрахункові області «захоплення» червоного і зеленого світла відзначені трикутниками. У нижньому ряду показані експериментальні дані для багатосмугового (b) і окремих червоного і зеленого фільтрів. (Ілюстрація з журналу Proceedings of the National Academy of Sciences.)

Проведений американцями досвід став першою демонстрацією ефекту «захоплення веселки» у видимому діапазоні. Автори також довели, що положення «захопленого» світла з різними довжинами хвиль можна змінювати, варіюючи крок зміни глибини борозенок: коли число останніх збільшили вдвічі, а різниця глибин сусідніх борозенок знизили до 0,8-1,0 нм, ділянки зеленого і червоного свічення змістилися.

«Зараз ми намагаємося вдосконалити конструкцію, щоб« захопити »більш широкий діапазон довжин хвиль, всі кольори від червоного до синього, – говорить керівник групи Цяоцян Гань (Qiaoqiang Gan). – Наша методика відносно проста і працює при кімнатній температурі, що автоматично робить її перспективною ».

За матеріалами: Університету Ліхай

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправді Потрібні вибори?