Используя иттрий-железный гранат, ученым удалось добиться того, чтобы свет распространялся с различной скоростью в противоположных направлениях внутри одной и той же среды, при этом амплитуда оставалась неизменной.
Иногда ученым требуется искусственно снижать скорость света. Для работы высокоскоростных систем передачи данных и квантовых устройств используют изменение характеристик световой волны. При этом необходимо добиться существенного изменения скорости световых импульсов, не ухудшив эффективность передачи информации.
Классические подходы к регулированию скорости света работают за счет квантовой интерференции в среде, то делая ее прозрачной для световых пучков, то замедляя скорость распространения света.
Эти методы позволяют контролировать лишь скорость группы. Это подразумевает, что световой пучок после обработки будет демонстрировать одинаковое поведение вне зависимости от направления его распространения. Однако ученых интересует более сложный сценарий – возможность независимого управления скоростью света.
Световая волна характеризуется фазой, определяющей её положение относительно заданной точки отсчета. Управление фазой позволяет регулировать скорость импульсов, переносящих информацию. Соотношения Крамерса-Кронига говорят, что если что-то сильно влияет на фазу света, оно должно изменять и амплитуду.
Но исследователи выдвигали гипотезу о возможности разделения параметров света и управления ими независимо друг от друга. «Соотношения Крамерса-Кронига, которые, как представлялось, препятствуют этому, на самом деле не являются строгим ограничением, и наш эксперимент демонстрирует, что природа предоставляет нам уникальные возможности», — отметил Цань-Мин Ху ( Can-Ming Hu), возглавляет группу динамической спинтроники в Университете Манитобы.
Ученые из Университета Манитобы (Канада) и Ланьчжоуского университета (Китай) представили способ управления скоростью света, основанный на полосном магнонном устройстве. Это устройство обеспечивает взаимодействие между микроволновыми фотонами (квантами микроволнового излучения) и магнонами (квантами колебаний спинов электронов в материалах). Подробности исследования ученые описали в статье в журнале Physical Review Letters.
Ученые разработали гибридную конструкцию, в которой диэлектрический резонатор функционирует в фотонном диапазоне, а магнитная сфера изготовлена из иттрий-железного граната ( YIG) устройство функционирует в магнонном режиме. Магнитные материалы характеризуются внутренней хиральностью, что проявляется в спинах прецессируют в фиксированном направлении, определяемом приложенным магнитным полем. Эту хиральность ученые использовали для создания невзаимности.
Подтверждена невзаимность. Для тестирования разработанной системы исследователи направили микроволновые импульсы с двух сторон. Полученные данные о скорости распространения света свидетельствуют о том, что новый метод позволяет достигать значительных задержек и опережений, что демонстрирует возможность невзаимного управления светом.
Разработанная исследователями методика позволяет осуществлять одностороннюю передачу сигналов с высокой степенью изоляции и возможностью гибкого управления. По мнению ученых, для внедрения этого явления в реальные приложения необходимо увеличить разницу в характеристиках световых волн.