Недавно проведенное исследование показало, что можно создать новую форму света, связав свет с одним электроном, в результате чего будут совмещены свойства обоих. По мнению ученых из Имперского колледжа в Лондоне, которые проводили исследование, связанный свет и электрон могут обладать свойствами, которые приведут к созданию схем, работающих с пакетами света — фотонами — вместо электронов.

Также это позволит ученым изучать квантово-физические явления, в которых замешаны частицы меньше атомов.

В обычных материалах свет взаимодействует с целым набором электронов, присутствующих на поверхности и внутри материала. Но используя теоретическую физику для моделирования поведения света и недавно обнаруженный класс материалов, известных как топологические изоляторы, исследователи Имперского колледжа выяснили, что он может взаимодействовать с одним только электроном на поверхности.

Это позволяет создать пару, объединяющую свойства света и электрона. Обычно, свет движется по прямой линии, но будучи привязанным к электрону, он последует по его пути на поверхности материала.

В исследовании, опубликованном в Nature Communications, доктор Винченцо Джаннини и его коллеги смоделировали такое взаимодействие, взяв за основу наночастицу — небольшой шарик менее 0,00000001 метра в диаметре — из топологического изолятора.

Их модели показали, что точно так же, как свет принимает свойства электрона и проходит по частице, так и электрон принимает некоторые свойства света. Обычно, когда электроны движутся по материалам — например, в электрической схеме — они останавливаются при встрече с дефектом. Но как показала группа Джаннини, даже если на поверхности наночастицы были несовершенные участки, электрон все равно преодолевал их при помощи света.

Если это получится применить к фотонным схемам, они будут более надежными и менее подвержены разрушению и физическим дефектам.

«Результаты этого исследования окажут огромное влияние на то, как мы представляем себе свет. Топологические изоляторы обнаружили только в прошлом десятилетии, но они уже предоставляют нам новые явления для изучения и новые пути для проверки важных понятий в физике», говорит Джаннини. И добавляет, что явления, смоделированные им в экспериментах, можно наблюдать с применением современных технологий, и его группа уже работает с физиками-экспериментаторами над воплощением этого.

Он полагает, что процесс, который приводит к созданию новой формы света, можно масштабировать так, чтобы подобные явления наблюдались гораздо легче. В настоящее время, квантовые явления можно увидеть только изучая очень маленькие объекты или переохлажденные объекты, но последний прорыв может позволить ученым изучать эти виды поведения при комнатной температуре.