Ученые обнаружили ранее неизвестное поведение света в гипсе — минерале, широко используемом в строительных материалах, таких как штукатурка и мел. Своим открытием они поделились на страницах Science Advances.
В экспериментах с ультратонкими пленками гипса был идентифицирован редкий тип волн — сдвиговые фононные поляритоны. Это гибридные волны света и вещества, возникающие при взаимодействии излучения с атомными колебаниями в определенных кристаллах. Они могут распространяться через материалы необычным образом и концентрироваться в чрезвычайно малых объемах.
Как показало исследование, в двумерном гипсе эти волны претерпевают топологический переход, меняя свое поведение с гиперболического на эллиптическое, проходя через уникальное каналированное состояние. Такой переход позволяет легко управлять распространением света через материал.
«Предыдущие исследования сдвиговых фононных поляритонов ограничивались объемными кристаллами в гиперболическом режиме. В нашей работе мы стремились дополнить эти первые результаты изучением сдвиговых поляритонов в двумерном материале. И что удивительно, мы обнаружили, что сдвиговые фононные поляритоны в гипсе демонстрируют топологический переход от гиперболического к эллиптическому распространению, с промежуточным каналированием, — пояснил физик Пабло Диас Нуньес из Национального института графена в Манчестерском университете. — Более того, нам удалось сжать свет до объема в 25 раз меньше его длины волны и замедлить его до доли скорости в вакууме. Это открывает новые возможности для управления светом в наномасштабе».
Исследование также подчеркивает роль симметрии кристалла. Гипс относится к моноклинным кристаллам — то есть материалам с низкой симметрией, что приводит к асимметричному распространению света и потере энергии — ключевой характеристике сдвиговых поляритонов.
Эти результаты выходят за рамки фундаментального изучения распространения фононных поляритонов и могут способствовать развитию технологий, требующих точного управления светом, таких как терморегулирование, сенсорика и визуализация за пределами возможностей классической оптики. Кроме того, исследование представляет гипс как новую платформу для изучения неэрмитовой фотоники — перспективной области фотоники, в которой нарушаются стандартные законы сохранения энергии.
