Ścisnęli mocno światło

Naukowcom z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley udało się przepuścić światło przez niezwykle małą szczelinę. To, co może wyglądać na czysto akademickie badania, będzie miało olbrzymie znaczenie przy miniaturyzacji urządzeń optycznych wykorzystywanych w telekomunikacji czy komputerach optycznych.

Dotychczas rekordowo mała szczelina, przez którą przechodziło światło, miała 200 nanometrów średnicy. Teraz zespół profesora Xiang Zhanga udowodnił, że światło może przejść przez otwór o średnicy zaledwie 10 nanometrów. To aż 100 mniej, niż wynosi średnica obecnie używanych kabli optycznych.

Ta technologia daje nam olbrzymią kontrolę nad światłem i pozwoli na stworzenie w przyszłości zadziwiających urządzeń - mówi Rupert Oulton, jeden z autorów badań.

W miarę postępującej miniaturyzacji układów scalonych inżynierowie pracujący nad zastosowaniem w nich przewodów optycznych w miejsce miedzianych, szukają sposobów na miniaturyzację tych przewodów. Tak więc badania z Berkeley pozwolą na postępy w budowie maszyn optycznych. Miniaturyzacja ma jednak swoją granicę, na którą natknęli się także naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego. Otóż jeśli skompresujemy światło poniżej długości jego fali, światło nie pozostanie w tak małej przestrzeni zbyt długo.

Akademicy wykorzystali zjawisko plazmoniki, gdy światło przy powierzchni metalu wiąże się z elektronami. Jednak taka fala świetlna może przebyć bardzo krótki odcinek, a później wygasa.

Oulton zastanawiał się jednak nad połączeniem plazmoniki i półprzewodników. Wpadł na pomysł zbudowania światłowodu z bardzo cienkiej warstwy półprzewodnika połączonego z gładką srebrną powierzchnią, co powinno zwiększyć drogę przebywaną przez światło. To bardzo proste rozwiązanie i dziwię się, że nikt wcześniej na to nie wpadł - mówi uczony.

Naukowcy przeprowadzili symulacje i okazało się, że światło w takim przewodzie nie tylko mogłoby przejść przez otwór o średnicy 10 nanometrów, ale jego droga wydłużyłaby się 100-krotnie w porównaniu z przeprowadzonym wcześniej doświadczeniem. Oulton wyjaśnia, że taka technika zadziała, ponieważ w tym przypadku półprzewodnikowo-srebrny system działa jak kondensator, przechowując energię pomiędzy okablowaniem a warstwą metalu. Gdy światło przepływa przez otwór, pojawiają się ładunki elektryczne na okablowaniu i metalu, które wydłużają drogą światła. To z kolei obala dotychczasową "prawdę" naukową mówiącą, że im bardziej skompresowane światło, tym krótszą drogę jest ono w stanie przebyć. Okazuje się zatem, że można kompresować światło i jednocześnie wydłużyć przebytą przez nie drogę.

Na razie jednak, jak przyznaje Oulton, są to czysto teoretyczne rozważania. Jednak skonstruowanie półprzewodnikowo-srebrnej hybrydy nie powinno nastręczać większych kłopotów. Problem leży w czym innym. Otóż obecnie nie dysponujemy urządzeniami wykrywającymi światło na tak małej przestrzeni jaką jest 10 nanometrów. Zespół Zhanga pracuje jednak nad stworzeniem odpowiednich technik. Kolejne badania będą prowadzone, gdyż dają one nadzieję na dokonanie olbrzymiego postępu.

Optyka sięga skali elektronów. A to oznacza, że potencjalnie możemy zrobić coś, co nigdy wcześniej nie było zrobione - mówi Oulton.

światło plazmonika elektron światłowód