کاهش سرعت نور با استفاده از نانوگودال‌ها

ماسایا نوتومی یکی از اعضای این گروه پژوهشی می‌گوید: «این اولین آرایه از
گودال‌های کوپل‌شده به اندازه طول موج است. این گودال‌ها دو برابر کوچکتر از
گودال‌های کوپل‌شده قبلی بوده و Q گودال ده برابر بالاتر است».

دو نوع سرعت برای توصیف انتشار یک موج در یک محیط مورد استفاده قرار می‌گیرد:
سرعت فاز و سرعت گروه. سرعت فاز به سرعت حرکت نور دارای یک طول موج مشخص گفته
می‌شود. با این حال، یک پالس نور حاوی طول موج‌های مختلفی است که هر یک با
سرعت‌های مختلف حرکت می‌کنند. بنابراین سرعت گروه به عنوان سرعت حرکت خود پالس
تعریف می‌شود. برای بسیاری از کاربردها سرعت پایین گروه مطلوب می‌باشد، زیرا در
این حالت برهمکنش میان نور و ماده در یک ابزار افزایش می‌یابد.

ساختارهای گودال کوپل‌شده

از سرعت پایین نور می‌توان در حافظه‌ها یا مدارات منطقی فتونیکی بهره برد؛ ساخت
هر دوی اینها با استفاده از فناوری‌های موجود دشوار است. از میان محیط‌های
مختلفی که برای کاهش نور وجود دارند، ساختارهای گودال کوپل‌شده نویدبخش‌تر از
بقیه هستند. زیرا از نظر تئوری، بر خلاف سایر مواد کاهش‌دهنده سرعت نور،
حالت‌های انتقال نور در آنها، سرعت گروه پایین را به همراه انتشار پایین سرعت
گروه دارا می‌باشد.

به هر حال تاکنون عملکرد گودال‌های کوپل‌شده واقعی محدود بوده است، زیرا از نظر
بنیادی آرایش آرایه‌های بزرگ از گودال‌های کوچک با Q بالا دشوار است. با کاهش
اندازه گودال‌ها و افزایش Q آنها، سرعت نور کاهش بیشتری می‌یابد.

نوتومی و همکارانش از بلورهای فتونیکی برای تولید گودال های کوپل‌شده با Q بالا
استفاده کردند. به این دلیل از بلورهای فتونیکی استفاده شد که آنها می‌توانند
نور را به شدت محدود کنند.کار قبلی این گروه نشان داده بود که یک گودال تک‌بلور
فتونیکی می‌تواند تأخیر اُپتیکی طولانی داشته باشد، اما گودال‌های کوپل‌شده
ساخته نشده بودند. نوتومی توضیح می‌دهد: «ما توانستیم با استفاده از لیتوگرافی
با تفکیک‌پذیری بالا، ۲۰۰ گودال بسیار کوچک با Q بالا را با یکدیگر کوپل
نماییم. این گودال ها می‌توانند سرعت نور را تا صد برابر کاهش دهند».

این تیم تحقیقاتی نتایج کار خود را در Nature Photonics منتشر نموده‌اند.