Несмотря на то, что зеркало состоит всего из 200 атомов и в тысячу раз тоньше человеческого волоса, его отражение отличается превосходным качеством и хорошо видно без использования каких-либо инструментов.
Обычно для оптических зеркал используют отполированные металлические поверхности или покрытые отражающим составом стекла, которые дают лучшее качество при меньшем весе. Но физики из Института квантовой оптики общества Макса Планка в Мюнхене показали зеркало, которое состоит из одного структурированного слоя атомов.
Данный проект представляет собой новаторское решение, являясь одним из первых опытов в перспективной сфере изучения субволн квантовой оптики с упорядоченными частицами. Информация об этом была раскрыта в журнале Nature.
Работа нового оптического зеркала основана на двух ключевых параметрах: упорядоченности расположения атомов и расстоянии между субволновыми частотами. Эти параметры позволяют подавлять рассеяние света и формировать направленный и устойчивый отраженный луч. Сравнительно небольшое и дискретное расстояние между атомами фотон может отскакивать от частиц более одного раза, прежде чем отражается. Вместе эффекты дают сильное отражение, которое можно увидеть невооруженным глазом.
Это самое легкое и тонкое зеркало, когда-либо созданное: его толщина составляет всего несколько десятков нанометров, что в тысячу раз меньше диаметра человеческого волоса, и всего семь микрометров в диаметре. В ближайшее время разработку вряд ли удастся применить в коммерческих целях, поскольку создать зеркало большего размера пока невозможно. Также стоит отметить, что оборудование, в котором оно было создано, имеет внушительные размеры: оно включает в себя более тысячи оптических элементов и весит около двух тонн.
Однако материал обладает значительным научным потенциалом. «Полученные результаты представляют для нас большой интерес. С одной стороны, фотон-опосредованные корреляции между атомами, играющие ключевую роль в нашей системе, зачастую не учитываются в традиционных теориях квантовой оптики. С другой стороны, упорядоченные массивы атомов, созданные путем захвата ультрахолодных частиц в оптические решетки, преимущественно применялись для исследования квантового моделирования конденсированных сред. Однако они также продемонстрировали свою эффективность как платформа для изучения новых квантово-оптических явлений», — поясняет Цзюнь Руй, один из авторов статьи.
Более глубокое понимание может быть достигнуто благодаря дальнейшим исследованиям квантовых теорий взаимодействия света и материи, а также физики многих тел с оптическими фотонами, считают ученые. Они также дают возможность создавать более эффективные квантовые устройства.
«Работа предлагает свежий взгляд на квантовую оптомеханику — перспективную область, изучающую квантовые свойства света посредством механических систем. По словам одного из авторов, Дэвида Вэя, она также способна содействовать созданию более совершенной квантовой памяти или квантово-переключаемого оптического зеркала. Оба этих направления представляются перспективными и стали бы существенным шагом на пути к реализации квантовой передачи данных».