«Синтетический магнетизм» управляет движением фотонов

В Стэнфордском университете создано устройство, позволяющее управлять фотонами, прилагая к ним виртуальную силу, названную «синтетическим магнетизмом».

Возможность использовать магнитное поле для изменения направления движения электронов, это фундаментальный принцип электроники. Реализовать подобное для фотонов — частиц, не обладающих зарядом, считалось невозможным.

В публикации, появившейся в журнале Nature, коллектив сотрудников Стэнфорда рассказывает о фотонном кристалле, сконструированном ими в виде кремниевой основы с упорядоченным массивом мельчайших полостей. Пропуская через эту решетку электрический ток, ученые могли «гармонически настраивать» фотонный кристалл на синтез виртуального магнитного поля, воздействующего на фотоны.

Сообщается, что, манипулируя силой тока и скоростью фотонов на входе в систему, удавалось изменять радиус траектории этих частиц. Такой двойной механизм управления позволяет с высокой точностью контролировать направление распространения света.

Созданием этого устройства ученые нарушили свойственную уравнениям математической физики симметричность обращения времени (time-reversal symmetry). Это означает, что фотон, двигаясь в прямом направлении, имеет отличные свойства от фотона, движущегося в обратном направлении. Это расхождение открывает новые способы управления светом.

Одной из серьезных проблем оптоволоконных коммуникаций остаются фотоны, отражающиеся от дефектов стекла и создающие рефлективный шум, известный под термином backscatter. В новом фотонном кристалле свет, попадая туда, уже не может вернуться обратно. Такое качество, по мнению исследователей из Стэнфорда, станет ключевым в будущих оптоэлектронных устройствах, позволяя полностью исключить потери сигнала из-за отражения фотонов.