Ljushastigheten kan avsiktligt minskas i olika medier. Olika tekniker har utvecklats under åren för att bromsa ljus, inklusive elektromagnetiskt inducerad transparens (EIT), Bose-Einstein-kondensat (BEC), fotoniska kristaller och stimulerad Brillouin-spridning (SBS).
Noterbart är att forskare från Harvard, ledd av Lene Vestergaard Hau, minskade ljushastigheten till 17 m/s i en ultrakall atomgas med hjälp av EIT, vilket väckte intresset för att utforska EIT-analoger i metasytor, en transformativ plattform inom optik och fotonik.
Trots fördelarna står strukturer med långsamt ljus inför en betydande utmaning:förlust, vilket begränsar lagringstid och interaktionslängd. Detta problem är särskilt allvarligt för metasyteanaloger av EIT på grund av spridningsförlust av nanopartiklar och ibland absorptionsförlust av material.
I en studie publicerad i Nano Letters , Dr Li Guangyuan och kollegor från Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) vid den kinesiska vetenskapsakademin introducerade en ny strategi för att realisera en metasyteanalog av EIT samtidigt som man effektivt undertrycker förluster.
Till skillnad från konventionella metasyteanaloger av EIT inducerade genom koppling mellan två lokaliserade resonanser som stöds av tätt packade metaatomer, eller mellan lokaliserade och kollektiva resonanser, föreslog forskarna en ny typ som kallas "kollektiv EIT-liknande resonans", som induceras av kopplingen mellan två kollektiva resonanser – en Mie elektrisk dipol ytgitterresonans (ED-SLR) och en elektrisk fyrpolig SLR (EQ-SLR) i planet eller utanför planet.
Genom att använda kiselmetasytor med en 100 nm tjock nanodisk-array visade de kollektiva EIT-liknande resonanser med en kvalitetsfaktor som översteg 2 750, mer än fem gånger den senaste. Rent praktiskt kan ljuset som passerar genom kiselnanodiskarna bromsas mer än 10 000 gånger, med en minskning av förlusten med mer än fem gånger jämfört med befintliga metoder.
Dr Li förklarade avvikelsen från den konventionella uppfattningen att metasytprestanda beror på hur nära metaatomer kan placeras. Forskarna utforskade den extrema regimen med noll avstånd mellan metaatomer, i huvudsak sammansmälta dem till en. Till skillnad från konventionella metoder, gjorde deras tillvägagångssätt det möjligt för inställningen av ytgitterresonanser att överlappa spektralt, vilket möjliggjorde realiseringen av metasyteanaloger av EIT.
Vidare visade forskarna en BIC-karakteriserad kollektiv EIT-liknande resonans genom att använda övergången mellan EQ-SLR i planet och det bundna tillståndet i kontinuumet (BIC). Detta antydde potentialen att bromsa ljuset med en godtyckligt stor faktor samtidigt som en växande kvalitetsfaktor bibehålls.
Studien lovar fotonmanipulation med större flexibilitet och potentiella tillämpningar i långsamt ljus fotoniska chips.
Mer information: Xueqian Zhao et al, Ultrahigh-Q Metasurface Transparency Band Induced by Collective–Collective Coupling, Nano Letters (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04174
Journalinformation: Nanobokstäver
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
