Gli scienziati sono riusciti nell’impresa apparentemente impossibile di fermare la luce, in una svolta che potrebbe aprire la strada a nuovi laser e fonti di luce quantistica. Il trucco è stato ottenuto con un tipo speciale di materiale noto come “cristallo fotonico”, che ha una struttura che influenza il modo in cui le onde elettromagnetiche lo attraversano. E distorcendo il cristallo nel modo giusto, anche solo di una piccola quantità, ha detto il team olandese, i singoli fotoni di luce che compongono l’onda elettromagnetica possono essere rallentati e persino fermati.
Fermare la luce
Questo fenomeno, hanno spiegato, funziona più o meno allo stesso modo in cui i magneti possono interferire con il flusso di elettroni in un materiale elettricamente conduttivo.
La squadra olandese non è l’unica ad aver raggiunto questo fenomeno di recente. Anche un team della Pennsylvania State University ha recentemente pubblicato uno studio sullo stesso effetto.
“Questo principio offre un nuovo approccio per rallentare i campi luminosi e quindi aumentarne la forza“, ha affermato l’autore principale Ewold Verhagen, un fisico dell’istituto di ricerca AMOLF, in una dichiarazione.
Ha aggiunto: “Realizzare questo su un chip è particolarmente importante per molte applicazioni. Se riusciamo a confinare la luce su scala nanometrica e a fermarla in questo modo, la sua forza sarà aumentata enormemente. E non solo in un punto, ma su tutta la superficie del cristallo. Tale concentrazione di luce è molto importante nei dispositivi nanofotonici, ad esempio per lo sviluppo di laser efficienti o sorgenti di luce quantistica.”
I cristalli fotonici di solito sono costituiti da uno schema regolare e bidimensionale di fori realizzati in uno strato di silicio, ha spiegato in una dichiarazione il primo autore dell’articolo, René Barczyk.
Normalmente, la luce è in grado di muoversi liberamente all’interno di tali cristalli, in modo simile a come gli elettroni possono muoversi nel grafene, ha aggiunto.
Com’è stato possibile “bloccare” i fotoni?
Quando un campo magnetico viene applicato a un materiale elettricamente conduttore, gli elettroni possono esistere solo se hanno energie molto specifiche. Queste energie sono conosciute come “livelli di Landau“.
Il team ha scoperto che quando distorcono i cristalli fotonici nel modo giusto, rompendo lo schema regolare, i fotoni si “bloccano” sul posto.
“Questo è il modo in cui creiamo i livelli di Landau per i fotoni“, ha detto Barczyk, spiegando che, esplorando diversi modelli di deformazione, il team è stato persino in grado di creare diversi tipi di “campo magnetico efficace” per un singolo materiale.
“Di conseguenza, i fotoni possono muoversi attraverso alcune parti del materiale ma non in altre. Quindi, queste intuizioni forniscono anche nuovi modi per dirigere la luce su un chip“, ha concluso.
I risultati completi dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Nature Photonics.
