Уже несколько столетий ученым известно, что свет ведет себя как волна, распространяясь от своего источника до тех пор, пока не будет поглощен или отражен объектами на его пути, которые в свою очередь становятся освещенными.
Однако результаты исследований последних лет говорят о том, что свет способен вести себя также и как жидкость, текущая вокруг объектов и воссоздающаяся с другой стороны этих объектов. Ранее это явление наблюдалось только в экстремальных условиях, таких как лабораторные камеры, охлажденные до абсолютного нуля.
Новое исследование, публикация о котором в журнале «Nature Physics» увидела свет на прошлой неделе, показывает, что свет может пребывать в еще более странном «сверхжидком» состоянии, при котором частицы обтекают объекты вообще без трения или вязкости. В этом состоянии свет проявляет эффект «потока без трения», огибая препятствия без какой-либо ряби или завихрений. Интересно, что этот эффект можно наблюдать при комнатной температуре и давлении окружающей среды.
Однако для этого понадобится некоторое оборудование. Ученые из «CNR Nanotec» (Лечче, Италия) в сотрудничестве с «École Polytechnique de Montreal» (Канада), «Imperial College» (Лондон, Великобритания), «Università del Salento» (Италия) и «Aalto University» (Финляндия) получили упомянутый эффект, поместив тонкий слой органических молекул между двумя ультра-отражающими зеркалами, создав некую гибридную жидкость световой материи.
— Таким образом, мы смогли объединить свойства фотонов, такие как их эффективная масса и большая скорость, с сильными связями электронов внутри молекул, — заявил Стефан Кен-Коэн из «École Polytechnique de Montreal». — В нормальных условиях жидкость волнуется, образует рябь и обращается вокруг того, что мешает ее свободному течению. В состоянии сверхтекучести турбулентность вокруг препятствий подавляется, поток при этом продолжает свой путь без каких-либо изменений.
Это состояние сверхтекучести иногда называют пятым состоянием вещества или конденсатом Бозе-Эйнштейна. Частицы при сверхтекучести ведут себя как одна большая волна, колеблющаяся с той же частотой, и самым парадоксальным образом сочетающая в себе свойства жидкости, твердого тела и газа.
— Важное наблюдение, как результат нашей работы, заключается в том, что мы теперь знаем, что сверхтекучесть может быть воссоздана также при комнатной температуре в условиях окружающей среды, используя частицы света, называемые поляритонами, — говорит Даниэле Санвитто, возглавлявший исследовательскую группу.
Что касается практических эффектов открытия, то наиболее очевидная выгода кроется в области сверхпроводящих материалов, которые могут передавать электроэнергию практически с нулевым сопротивлением, утверждают ученые. Как правило, эти материалы необходимо радикально охлаждать, обычно с помощью жидкого азота. Если инженеры смогут найти способ использовать сверхтекучесть при комнатной температуре, это приведет к появлению новых и улучшенных фотонных устройств, таких как лазеры, светодиоды, солнечные батареи и фотогальванические элементы.
— Тот факт, что такой эффект наблюдается в условиях окружающей среды, воодушевляет и мотивирует на продолжение исследований, — говорится в заявлении исследователей из «École Polytechnique de Montreal». — Не только для изучения фундаментальных явлений, связанных с конденсатами Бозе-Эйнштейна, но и для создания и проектирования будущих фотонных устройств, использующих явление сверхтекучести, в которых полностью устранены потери и использованы иные новые неожиданные явления.
Загрузка ...