Создан наноразмерный элемент, нарушающий симметрию рассеяния света

Одной из основных особенностей геометрической оптики является ее линейность и обратимость. То есть в обычных оптических элементах, таких как очки, телескопы, бинокли и т. д., свет распространяется одинаково в обоих направлениях. Если пропустить свет от источника через оптическую систему, а затем изменить направление хода всех лучей на строго обратное, то излучение вернется строго в источник. Это железное правило, помогающее в расчете и проектировании оптических систем. В ряде же случаев очень важно, чтобы случайное отражение не вернулось в источник (например, в сверхмощном лазере, что иногда может привести к его повреждению), и возникает острая необходимость найти пути в обход обратимости распространения света. В этом случае на помощь приходит эффект Фарадея. Оказывается, что некоторые кристаллы при наложении на них магнитного поля по-разному вращают поляризацию света в зависимости от направления его распространения в кристалле. Это свойство позволяет построить оптические диоды, часто называемые также оптическими изоляторами. Оптический изолятор пропускает свет лишь в одном направлении, причем свет строго определенной поляризации.

Свет по сути своей есть колебание электрического и связанного с ним магнитного полей на очень высокой частоте. Поляризация света — это направление вектора электрического поля в электромагнитной волне. В самом простом случае линейной поляризации электрическое поле световой волны колеблется в одной плоскости. Но в более сложных случаях вектор может вращаться, выписывая спирали или даже более сложные фигуры. Обычному человеку может быть сложно даже представить, что же происходит, но, оказывается, поляризация света — это очень важное свойство. Например, входящие в состав человеческого тела белки вращают поляризацию в строго определенном направлении, что носит сложное название хиральность.

В физике существует много методов создания детекторов и элементов, обладающих неравноправной чувствительностью к правому и левому вращению поляризации. Чаще всего это либо структуры хитрой геометрии, несущие в себе спиральность, либо элементы с эффектом Фарадея. Однако авторам статьи «Chiral nanophotonic waveguide interface based on spin-orbit interaction of light» удалось создать беспрецедентный по своей простоте элемент — тонкий волновод с размещенной на нем золотой наночастицей. В зависимости от того, как повернуть волокно с частицей по отношению к падающему свету и какую выбрать поляризацию, можно послать свет в одну сторону по волокну или в другую, причем с аккуратной, наперед заданной круговой поляризацией. Удивительно просто, эффективно и в очень малых размерах можно делать и направленные, и хиральные элементы. Возможно, таким образом удастся создать новые оптические роутеры, но гораздо более вероятно, что эта разработка будет использована в попытках построения квантовых вычислителей на основе атомов, расположенных вблизи волокна, где направленность излучения имеет большое значение.