Физики во главе с Томасом Халфманном из Института прикладной физики Технического университета Дармштадта остановили свет примерно на одну минуту. Они также смогли сохранить изображения, которые были перенесены световым импульсом в кристалл в течение минуты — в миллион раз дольше, чем это было возможно ранее.Исследователи достигли рекорда, умело комбинируя различные методы, известные в своей области.
Результат будет иметь практическое значение в будущих системах обработки данных, работающих с использованием света.Чтобы остановить свет, физики использовали похожий на стекло кристалл, содержащий низкую концентрацию ионов — электрически заряженных атомов — элемента празеодима. Экспериментальная установка также включает два лазерных луча.
Один является частью устройства замедления, а другой должен быть остановлен. Первый световой луч, называемый «контрольным лучом», изменяет оптические свойства кристалла: затем ионы в значительной степени изменяют скорость света. Второй луч, который должен быть остановлен, теперь входит в контакт с этой новой средой из кристалла и лазерного света и замедляется в ней.
Когда физики выключают управляющий луч в тот же момент, когда другой луч находится внутри кристалла, замедленный луч останавливается.Точнее, свет превращается в некую волну, застрявшую в кристаллической решетке. В очень упрощенной форме это можно объяснить следующим образом. Ионы празеодима вращаются вокруг электронов.
Они ведут себя аналогично цепочке магнитов: если вы приведете один в движение, движение, опосредованное магнитными силами, распространится в цепочке как волна. Поскольку физики называют магнетизм электронов «спином», «спиновая волна» формируется таким же образом при замораживании лазерного луча. Это отражение световой волны лазера. Таким образом, исследователи из Дармштадта смогли сохранить в кристалле изображения, такие как полосатый узор, сделанный из лазерного света.
Информацию можно прочитать снова, снова включив управляющий лазерный луч.Тот факт, что до сих пор было возможно только очень короткое время хранения, объясняется тем, что возмущающая среда мешала вращательной волне, подобно тому, как движущиеся корабли смешивают волны в озере.
Таким образом, информация о сохраненной световой волне постепенно теряется. Возмущения можно уменьшить, приложив магнитные поля и высокочастотные импульсы. В нашем примере эти поля как бы уменьшают количество лодок на озере.
Насколько хорошо это работает, сильно зависит от параметров управляющих оптических полей, магнитных полей и высокочастотных импульсов. Вариаций очень много, и оптимальную настройку сложно рассчитать из-за сложности. Поэтому исследователи из Дармштадта использовали компьютерные алгоритмы, которые быстро и полностью автоматически находят наилучшие решения в ходе эксперимента. Один из алгоритмов основан на естественной эволюции, которая производит организмы, максимально адаптированные к окружающей среде.
Используя алгоритмы, исследователи смогли оптимизировать лазерные лучи, магнитное поле и высокочастотные импульсы таким образом, чтобы спиновые волны сохранялись в кристалле почти настолько долго, насколько это возможно.Основываясь на этом успехе, команда Халфманна теперь намеревается изучить методы, которые могут хранить свет значительно дольше — возможно, в течение недели — и достичь более высокой пропускной способности и скорости передачи данных для эффективного хранения информации при остановленном свете.