Вряд ли в ближайшем будущем кому-нибудь удастся сделать зеркало меньшее, чем это сделали ученые-физики из университета Инсбрука в Австрии. С помощью некоторых физических ухищрений им удалось превратить в зеркало один единственный атом вещества. Такое достижение может стать основой для создания оптических транзисторов, размером с атом, а это, в свою очередь, может привести к резкому сокращению габаритов оптоэлектронных компонентов до нанометрового масштаба.
«То, чего удалось добиться этим ученым, просто невероятно с точки зрения классической физики» — рассказывает Кристиан Кертсифер (Christian Kurtsiefer), ученый-физик из Национального университета Сингапура. — «Они получили просто потрясающий эффект, ведь никто не ожидал, что единственный атом может оказать существенное влияние на поток света».
Фактически, в обычных условиях, атом вещества может отразить менее одного процента падающего на него света. Для обнаружения отраженного света ученые специально изготовили чувствительное устройство, использующее оптическое явление, называемое интерференцией. Это устройство, известное как интерферометр Фабри-Перо (Fabry-Perot interferometer), который состоит из двух зеркал, направленных встречно друг к другу. Лазерный свет, имеющий фиксированную длину волны и поляризацию, сквозь немного прозрачный слой одного из зеркал проникает в пространство между зеркалами и совершает там колебательные движения. Конечно, из-за того, что зеркала имеют не абсолютный коэффициент отражения, какая-то часть света проникает сквозь них и уходит в окружающее пространство.
Если расстояние между зеркалами кратно длине волны света, то колеблющиеся световые волны, находясь в одной фазе, будут усиливать друг друга. Но, если расстояние между зеркалами будет отличаться от кратного длине волны хоть на малую величину, синхронизация световых волн исчезнет и возникнет обратный эффект, волны будут компенсировать, т.е. подавлять друг друга, уменьшая яркость свечения. Таким образом, яркость свечения луча внутри промежутка и яркость проходящего сквозь зеркало луча напрямую зависят от расстояния между зеркалами.
Ученые заменили одно из зеркал интерферометра одним единственным ионом бария. Что бы сфокусировать свет на ядре атома и сфокусировать отраженный свет, между атомом и вторым зеркалом была установлена линза, диаметром 1.5 сантиметра. Для удержания иона бария в устойчивом положении на расстоянии 14 мм от зеркала, он был заключен в магнитной ловушке и охлажден лучом второго лазера до температуры, когда тепловые колебания атома не превышали значения 20 нм. Длина волны лазерного света, входящего в интерферометр, была подобрана таким образом, что энергии света хватало на то, что бы перевести атом из низкоэнергетического состояния на один энергетический уровень выше.
Конечно, эффективность получившегося интерферометра была далеко от идеальной, Количество света, проходящего через получившуюся оптическую систему, не было ниже отметки в 6 процентов, для сравнения, в классическом интерферометре Фабри-Перо количество проходящего света при неблагоприятном расположении зеркал количество проходящего света падает практически до нуля.
Этот эксперимент может стать хорошим отправным пунктом для других ученых, которые стремятся сделать новые оптические и оптоэлектронные устройства малых габаритов. Ведь физики и сейчас не до конца понимают то, как изменяются свойства оптических устройств, когда размеры самих устройств уменьшаются до атомарного уровня. Вероятно, что благодаря именно этим исследованиям в недалеком будущем в наших компьютерах и телекоммуникационном оборудовании появятся оптические компоненты, состоящие всего из нескольких атомов, но выполняющие сложные функции.
Источник: