Представьте себе обычную лампочку накаливания. Что приходит на ум? Наверное, та самая нить внутри, разогретая добела, излучающая знакомый теплый свет. А что, если эта нить, уменьшенная до наномасштабов и закрученная в спираль, сможет не только светить, но и генерировать свет с необычными свойствами? Ученые из Мичиганского университета как раз совершили прорыв в этой области, показав, что привычный принцип работы лампочки Эдисона может быть использован для создания «закрученного» света.
В чём же суть этого «закрученного» света? Обычно фотоны, частицы света, колеблются в разных направлениях. Однако, когда свет проходит через специально структурированный материал, например, скрученную нить накала, он может приобрести спиральную форму — как бы закручиваться во время распространения. Это явление, известное как хиральность, открывает новые возможности для манипуляции светом и его использования.
Команда исследователей обнаружила, что если микроскопическая нить накала закручена в спираль, длина витков которой сопоставима с длиной волны излучаемого света, то и сам свет становится закрученным. Более того, степень закрученности, или эллиптическая поляризация, зависит от того, насколько длина волны света соответствует длине витка спирали, а также от электронных свойств материала нити. В своих экспериментах ученые использовали наноуглерод и металлы.
Идея создания закрученного света сама по себе интересна, но зачем это нужно? Одно из потенциальных применений заключается в создании новых типов систем машинного зрения. Представьте себе робота или беспилотный автомобиль, способный различать объекты не только по их форме и цвету, но и по тому, как они поляризуют свет. Подобно ракам-богомолам, которые видят мир скрученным светом, такие устройства могли бы различать объекты, излучающие свет с различной степенью спиральности.
Например, как отметил профессор Котов, авторы исследования, разница в поляризации света, испускаемого мехом оленя и одеждой человека, может позволить автономным автомобилям различать их в условиях плохой видимости. И все это — благодаря обычной, казалось бы, лампочке, но работающей на совершенно новом уровне.
Главным преимуществом метода, разработанного мичиганскими учеными, является яркость получаемого закрученного света. Он до 100 раз ярче, чем свет, полученный с помощью других технологий. Однако, стоит отметить, что полученный свет пока имеет широкий спектр длин волн и степени закрученности. В планах ученых — работа над устранением этого недостатка, в том числе изучение возможности создания лазеров, работающих на основе закрученных светоизлучающих структур.
Команда также планирует исследовать более длинноволновый инфракрасный диапазон, где излучение абсолютно черного тела достигает своего пика при комнатной температуре. Возможно, именно там удастся найти новые способы использования эллиптической поляризации для улучшения контрастности изображений.
Открытие мичиганских ученых демонстрирует, как, казалось бы, давно известные явления могут быть использованы по-новому, если взглянуть на них с другой перспективы. Понимание того, как форма объекта влияет на поляризацию излучаемого им света, открывает двери для разработки новых технологий в области оптики, материаловедения и робототехники.
Кто бы мог подумать, что простая лампочка, знакомая нам с детства, может вдохновить на создание света с такими необычными свойствами? Возможно, именно скрученные нити накала, но уже в наномасштабе, станут ключом к технологиям будущего. И кто знает, какие еще сюрпризы преподнесет нам этот закрученный мир?
