La velocidad de la luz se puede reducir intencionalmente en varios medios. A lo largo de los años se han desarrollado varias técnicas para ralentizar la luz, incluida la transparencia inducida electromagnéticamente (EIT), el condensado de Bose-Einstein (BEC), los cristales fotónicos y la dispersión de Brillouin estimulada (SBS).
En particular, investigadores de Harvard, dirigidos por Lene Vestergaard Hau, redujeron la velocidad de la luz a 17 m/s en un gas atómico ultrafrío utilizando EIT, lo que despertó el interés en explorar análogos de EIT en metasuperficies, una plataforma transformadora en óptica y fotónica.
A pesar de los beneficios, las estructuras de luz lenta enfrentan un desafío importante:la pérdida, que limita el tiempo de almacenamiento y la duración de la interacción. Este problema es particularmente grave para los análogos de EIT en metasuperficies debido a la pérdida por dispersión de nanopartículas y, a veces, a la pérdida por absorción de materiales.
En un estudio publicado en Nano Letters , el Dr. Li Guangyuan y sus colegas del Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen (SIAT) de la Academia de Ciencias de China introdujeron una estrategia novedosa para realizar un análogo de EIT en metasuperficie y al mismo tiempo suprimir eficazmente las pérdidas.
A diferencia de los análogos de TIE de metasuperficie convencionales inducidos por el acoplamiento entre dos resonancias localizadas sostenidas por metaátomos estrechamente empaquetados, o entre resonancias localizadas y colectivas, los investigadores propusieron un nuevo tipo llamado "resonancia colectiva tipo EIT", que es inducida por el acoplamiento entre dos resonancias colectivas:una resonancia de red de superficie dipolar eléctrica de Mie (ED-SLR) y una SLR de cuadrupolo eléctrico dentro o fuera del plano (EQ-SLR).
Utilizando metasuperficies de silicio con una matriz de nanodiscos de 100 nm de espesor, demostraron resonancias colectivas similares a las de EIT con un factor de calidad superior a 2750, más de cinco veces el estado de la técnica. En términos prácticos, la luz que pasa a través de los nanodiscos de silicio se puede ralentizar más de 10.000 veces, con una reducción de la pérdida de más de cinco veces en comparación con los métodos existentes.
El Dr. Li explicó el alejamiento de la creencia convencional de que el rendimiento de la metasuperficie depende de qué tan cerca se puedan colocar los metaátomos. Los investigadores exploraron el régimen extremo de distancia cero entre metaátomos, esencialmente fusionándolos en uno. A diferencia de los métodos convencionales, su enfoque permitió que la sintonización de resonancias reticulares superficiales se superpusieran espectralmente, lo que permitió la realización de análogos de EIT en metasuperficies.
Además, los investigadores demostraron una resonancia colectiva tipo EIT caracterizada por BIC utilizando la transición entre el EQ-SLR en el plano y el estado ligado en el continuo (BIC). Esto sugirió la posibilidad de ralentizar la luz en un factor arbitrariamente grande manteniendo al mismo tiempo un factor de calidad creciente.
El estudio es prometedor para la manipulación de fotones con mayor flexibilidad y aplicaciones potenciales en chips fotónicos de luz lenta.
Más información: Xueqian Zhao et al, Banda de transparencia de metasuperficie de Q ultraalta inducida por acoplamiento colectivo-colectivo, Nano letras (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04174
Información de la revista: Nanoletras
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
