Зеркало состоит всего из 200 атомов и в тысячу раз тоньше человеческого волоса, тем не менее отражение в нем обладает отличным качеством и его можно увидеть невооруженным глазом.

Обычно для оптических зеркал используют отполированные металлические поверхности или покрытые отражающим составом стекла, которые дают лучшее качество при меньшем весе. Но физики из Института квантовой оптики общества Макса Планка в Мюнхене показали зеркало, которое состоит из одного структурированного слоя атомов.

Разработка уникальна — это один из первых экспериментов в новой области исследований субволн квантовой оптики с упорядоченными частицами. Подробности опубликованы в журнале Nature.

В основе работы нового оптического зеркала лежат два параметра: упорядоченность атомов и расстояние между субволновыми частотами. Они подавляют диффузное рассеяние света и объединяют отражение в направленный и устойчивый луч. Благодаря сравнительно близкому и дискретному расстоянию между атомами фотон может отскакивать от частиц более одного раза, прежде чем отражается. Вместе эффекты дают сильное отражение, которое можно увидеть невооруженным глазом.

Авторы, перед экспериментальной установкой, в которой находится зеркало / © Институт квантовой оптики общества Макса Планка

Это самое легкое и тонкое зеркало в мире: оно имеет толщину всего в несколько десятков нанометров, что в тысячу раз тоньше волоса, и всего семь микрометров в диаметре. Разработку вряд ли можно будет использовать в коммерческих целях в ближайшее время — зеркало пока невозможно сделать достаточно крупным. Кроме того, аппарат, в котором его создали, огромен: в нем больше тысячи оптических элементов, а вес — две тонны. Однако материал имеет большой потенциал для науки.

«Результаты очень интересны для нас. С одной стороны, фотон-опосредованные корреляции между атомами, которые играют жизненно важную роль в нашей системе, обычно игнорируются в традиционных теориях квантовой оптики. С другой, упорядоченные массивы атомов, полученные путем загрузки ультрахолодных частиц в оптические решетки, в основном использовались для изучения квантового моделирования конденсированных сред. Но они оказались мощной платформой и для изучения новых квантово-оптических явлений», — объясняет Цзюнь Руй, один из авторов статьи.

Дальнейшие исследования могли бы углубить понимание квантовых теорий взаимодействия света и материи, а также физики многих тел с оптическими фотонами, считают ученые. Они также дают возможность создавать более эффективные квантовые устройства.

«Например, работа предоставляет увлекательный новый подход к квантовой оптомеханике — растущей сфере, которая исследует квантовую природу света с помощью механических средств. Она также может помочь создать лучшую квантовую память или квантовое переключаемое оптическое зеркало, — добавляет один из авторов работы Дэвид Вэй. — Оба направления интересны и стали бы значительными достижениями на пути к возможности квантовой передачи информации».