De lichtsnelheid kan in verschillende media opzettelijk worden verlaagd. Er zijn in de loop der jaren verschillende technieken ontwikkeld om licht te vertragen, waaronder elektromagnetisch geïnduceerde transparantie (EIT), Bose-Einstein-condensaat (BEC), fotonische kristallen en gestimuleerde Brillouin-verstrooiing (SBS).

Met name onderzoekers van Harvard, onder leiding van Lene Vestergaard Hau, hebben de lichtsnelheid teruggebracht tot 17 m/s in een ultrakoud atomair gas met behulp van EIT, wat de interesse wekte in het onderzoeken van EIT-analogen in metasurfaces, een transformatief platform in optica en fotonica.

Ondanks de voordelen staan ​​langzaam-licht-structuren voor een aanzienlijke uitdaging:verlies, waardoor de opslagtijd en interactieduur worden beperkt. Dit probleem is bijzonder ernstig voor metasurface-analogen van EIT als gevolg van verstrooiingsverlies van nanodeeltjes en soms absorptieverlies van materialen.

In een onderzoek gepubliceerd in Nano Letters introduceerden Dr. Li Guangyuan en collega's van het Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) van de Chinese Academie van Wetenschappen een nieuwe strategie om een ​​metasurface-analoog van EIT te realiseren en tegelijkertijd verliezen effectief te onderdrukken.

In tegenstelling tot conventionele metasurface-analogen van EIT, geïnduceerd door koppeling tussen twee gelokaliseerde resonanties ondersteund door dicht opeengepakte meta-atomen, of tussen gelokaliseerde en collectieve resonanties, stelden de onderzoekers een nieuw type voor genaamd 'collectieve EIT-achtige resonantie', dat wordt geïnduceerd door de koppeling tussen twee collectieve resonanties:een Mie elektrische dipooloppervlakteroosterresonantie (ED-SLR) en een elektrische quadrupool-SLR in het vlak of buiten het vlak (EQ-SLR).

Met behulp van silicium-metasurfaces met een 100 nm dikke nanoschijfarray demonstreerden ze collectieve EIT-achtige resonanties met een kwaliteitsfactor van meer dan 2.750, meer dan vijf keer de stand van de techniek. In de praktijk kan het licht dat door de silicium nanoschijven gaat meer dan 10.000 keer worden vertraagd, met een vermindering van het verlies van meer dan vijf keer vergeleken met bestaande methoden.

Dr. Li legde het vertrek uit van de conventionele overtuiging dat de prestaties van metasurfaces afhangen van hoe dicht meta-atomen geplaatst kunnen worden. De onderzoekers onderzochten het extreme regime van nulafstand tussen meta-atomen, waarbij ze in wezen tot één werden samengevoegd. In tegenstelling tot conventionele methoden maakte hun aanpak het mogelijk om oppervlakteroosterresonanties spectraal te overlappen, waardoor de realisatie van metasurface-analogen van EIT mogelijk werd.

Bovendien demonstreerden de onderzoekers een door BIC gekarakteriseerde collectieve EIT-achtige resonantie, waarbij gebruik werd gemaakt van de overgang tussen de EQ-SLR in het vlak en de gebonden toestand in het continuüm (BIC). Dit suggereerde het potentieel om het licht met een willekeurig grote factor te vertragen, terwijl de groeiende kwaliteitsfactor behouden bleef.

De studie is veelbelovend voor fotonenmanipulatie met grotere flexibiliteit en potentiële toepassingen in fotonische chips met langzaam licht.

Meer informatie: Xueqian Zhao et al., Ultrahigh-Q Metasurface Transparency Band geïnduceerd door collectief-collectieve koppeling, Nano Letters (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04174

Journaalinformatie: Nanobrieven

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen