В ходе новаторского исследования группа ученых успешно манипулирует поведением света, как если бы он находился под действием гравитации. Эта захватывающая разработка, опубликованная в журнале Physical Review A 28 сентября 2023 г., имеет значительные последствия для оптики и материаловедения, а также для будущего связи 6G.
Концепция этого достижения основана на теории относительности Альберта Эйнштейна, которая установила, что электромагнитные волны, включая свет, могут отклоняться гравитационными полями. Основываясь на этой теории, ученые недавно предположили, что воспроизвести эффект гравитации, известный как псевдогравитация, можно путем искажения кристаллов в области низких энергий или частот.
"Мы поставили перед собой задачу исследовать, может ли искажение решетки в фотонных кристаллах вызвать эффект псевдогравитации, - объясняет профессор Киоко Китамура из Высшей инженерной школы Университета Тохоку.
Фотонные кристаллы, обладающие уникальными свойствами, служат ключом к манипулированию и управлению поведением света. Эти кристаллы выступают в роли "регулировщиков движения" света внутри своих структур. Периодически располагая различные материалы, обладающие способностью взаимодействовать со светом и замедлять его, ученые могут добиться точного контроля над распространением света. Кроме того, в предыдущих исследованиях наблюдались эффекты псевдогравитации, обусловленные адиабатическими изменениями в фотонных кристаллах.
Для проверки своей гипотезы Китамура и ее коллеги внесли искажение решетки в фотонные кристаллы. Это искажение заключалось в постепенной деформации регулярного расположения элементов, что нарушало решетчатую структуру кристаллов. В результате происходило манипулирование фотонной полосовой структурой кристаллов, заставляя световые лучи двигаться по искривленным траекториям внутри среды, подобно изгибу световых лучей вокруг массивных небесных тел, таких как черные дыры.
В своих экспериментах ученые использовали кремниевый искаженный фотонный кристалл с первичной постоянной решетки 200 мкм и терагерцовые волны. Результаты оказались поразительными и продемонстрировали успешное отклонение этих волн.
"Подобно тому, как гравитация искривляет траекторию движения объектов, мы придумали способ искривления света внутри определенных материалов", - добавил Китамура. Такое управление лучом в плоскости в терагерцовом диапазоне может найти широкое применение в связи 6G". Кроме того, с научной точки зрения полученные результаты позволяют предположить, что фотонные кристаллы могут использовать гравитационные эффекты, открывая новые пути в области физики гравитонов", - сказал доцент Масаюки Фудзита из Университета Осаки.
Это новаторское исследование открывает путь для будущих достижений в области оптики и материаловедения. Возможность манипулировать поведением света с помощью псевдогравитации открывает новые возможности для таких технологий, как связь 6G. При дальнейшем изучении и совершенствовании фотонные кристаллы могут произвести революцию в различных областях, раскрыв потенциал беспрецедентного контроля над светом и его применением.
