La velocità della luce può essere intenzionalmente ridotta in vari mezzi. Nel corso degli anni sono state sviluppate varie tecniche per rallentare la luce, tra cui la trasparenza indotta elettromagneticamente (EIT), il condensato di Bose-Einstein (BEC), i cristalli fotonici e lo scattering Brillouin stimolato (SBS).
In particolare, i ricercatori di Harvard, guidati da Lene Vestergaard Hau, hanno ridotto la velocità della luce a 17 m/s in un gas atomico ultrafreddo utilizzando l'EIT, cosa che ha suscitato l'interesse nell'esplorazione degli analoghi dell'EIT nelle metasuperfici, una piattaforma trasformativa nell'ottica e nella fotonica.
Nonostante i vantaggi, le strutture a luce lenta devono affrontare una sfida significativa:la perdita, che limita il tempo di conservazione e la durata dell’interazione. Questo problema è particolarmente grave per gli analoghi della metasuperficie dell'EIT a causa della perdita di nanoparticelle e talvolta della perdita di assorbimento dei materiali.
In uno studio pubblicato su Nano Letters , il dottor Li Guangyuan e colleghi dello Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) dell'Accademia cinese delle scienze hanno introdotto una nuova strategia per realizzare un analogo della metasuperficie dell'EIT sopprimendo efficacemente le perdite.
A differenza degli analoghi convenzionali della metasuperficie dell'EIT indotti dall'accoppiamento tra due risonanze localizzate supportate da meta-atomi strettamente ravvicinati, o tra risonanze localizzate e collettive, i ricercatori hanno proposto un nuovo tipo chiamato "risonanza collettiva simile a EIT", che è indotta dall'accoppiamento tra due risonanze collettive:una risonanza reticolare superficiale del dipolo elettrico Mie (ED-SLR) e una SLR quadrupolare elettrica nel piano o fuori piano (EQ-SLR).
Utilizzando metasuperfici di silicio con una matrice di nanodischi di 100 nm di spessore, hanno dimostrato risonanze collettive simili a quelle dell'EIT con un fattore di qualità superiore a 2.750, più di cinque volte lo stato dell'arte. In termini pratici, la luce che passa attraverso i nanodischi di silicio può essere rallentata di oltre 10.000 volte, con una riduzione della perdita di oltre cinque volte rispetto ai metodi esistenti.
Il dottor Li ha spiegato l'allontanamento dalla convinzione convenzionale secondo cui le prestazioni della metasuperficie dipendono dalla distanza con cui i meta-atomi possono essere posizionati. I ricercatori hanno esplorato il regime estremo di distanza zero tra i metaatomi, fondendoli essenzialmente in uno solo. A differenza dei metodi convenzionali, il loro approccio ha consentito la messa a punto delle risonanze del reticolo superficiale in modo che si sovrapponessero spettralmente, consentendo la realizzazione di analoghi della metasuperficie dell'EIT.
Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato una risonanza collettiva di tipo EIT caratterizzata da BIC utilizzando la transizione tra l'EQ-SLR nel piano e lo stato legato nel continuo (BIC). Ciò ha suggerito la possibilità di rallentare la luce di un fattore arbitrariamente grande mantenendo un fattore di qualità crescente.
Lo studio è promettente per la manipolazione dei fotoni con maggiore flessibilità e potenziali applicazioni nei chip fotonici a luce lenta.
Ulteriori informazioni: Xueqian Zhao et al, Banda di trasparenza della metasuperficie con Q ultraelevato indotta dall'accoppiamento collettivo-collettivo, Nano lettere (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04174
Informazioni sul giornale: Nanolettere
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
