Een team van Nederlandse onderzoekers is erin geslaagd licht te laten stilstaan in een plak silicium. Dat zou bijvoorbeeld kunnen leiden tot betere lasers.
Licht reist altijd met de lichtsnelheid, hoor je weleens – maar dat klopt niet. Licht beweegt bijvoorbeeld langzamer door water en nóg trager door glas. Nu is een team van onderzoeksinstituut AMOLF en de TU Delft, geleid door natuurkundige Ewold Verhagen, er zelfs in geslaagd licht helemáál stil te laten staan in een dun laagje kristal.
Lees ook:
Vervormd grafeen
Wat Verhagen en collega’s met licht hebben gedaan, lijkt op iets wat gebeurt bij elektronen. Die deeltjes kun je een pas op de plaats laten maken door ze met een sterk magneetveld te confronteren. Maar als je datzelfde trucje op licht wilt toepassen, loop je tegen een probleem aan: in tegenstelling tot elektronen hebben lichtdeeltjes – fotonen – geen elektrische lading. En als iets geen lading heeft, hebben magneetvelden er geen grip op.
Nu is er voor elektronen wel een manier om ze te laten stilstaan zónder zo’n magneetveld. Als je ze door grafeen laat reizen – een soort ‘kippengaas’ van koolstofatomen – kun je dat grafeen zó vervormen, dat het hetzelfde effect heeft op elektronen als een magneetveld.
Nieuw gereedschap
Datzelfde zou ook moeten kunnen bij fotonen die door een tweedimensionaal siliciumkristal gaan, schreven Amerikaanse onderzoekers drie jaar geleden. Dat hebben Verhagen en zijn team nu daadwerkelijk laten zien, door een vervormd kristal te produceren. “Die vervorming heeft hetzelfde effect op licht als de vervorming van grafeen op elektronen”, zegt Verhagen. En dat is dan weer hetzelfde effect als dat van een magneetveld.
Dat we licht op deze manier ‘vast kunnen houden’, betekent dat we een “heel fundamenteel principe” dat tot voor kort alleen werkte voor geladen deeltjes nu ook kunnen gebruiken voor licht, zegt Verhagen. “Een belangrijk nieuw gereedschap in onze gereedschapskist.”
Efficiëntere lasers
Het onderzoek vormt een stap binnen de fotonica, een vakgebied dat zich richt op toepassingen van licht, vergelijkbaar met elektronica. “Maar dat wil niet zeggen dat we denken dat de huidige elektronische chips op termijn worden vervangen door chips die met licht werken”, zegt natuurkundige Andrea Fiore van de TU Eindhoven, niet betrokken bij het onderzoek. “Fotonische chips hebben andere toepassingen dan elektronische; fotonica en elektronica zijn geen concurrenten, maar vullen elkaar aan.”
Wat de toepassingen van déze fotonische techniek betreft, kun je bijvoorbeeld denken aan efficiëntere hoge-intensiteit-lasers, zegt Verhagen. Als je het licht in zo’n plak silicium laat stilstaan, wordt het namelijk beter in het absorberen en uitzenden van licht. Die laatste eigenschap zou je bijvoorbeeld in een laser kunnen benutten. “En binnen de quantumcommunicatie zijn lichtbronnen die licht kunnen opvangen en uitzenden een belangrijk fenomeen”, vervolgt hij. “Dus ook dat is een mogelijke toepassingsrichting.”
Gelijkspel?
Overigens is het team van Verhagen niet het enige dat erin slaagde licht stil te laten staan in een vervormd kristal. De onderzoekers die het principe bedachten, publiceren in hetzelfde nummer van hetzelfde wetenschappelijk tijdschrift vergelijkbare resultaten. Een wetenschappelijke race die toevallig eindigde in gelijkspel? Nee, zegt Verhagen; op een conferentie hoorde hij bij toeval, in een taxi, dat de Amerikanen ook zélf aan het proberen waren hun theoretisch werk experimenteel te verifiëren. “Toen vond ik het wat flauw om snel ons artikel in te dienen om ze vóór te zijn. In plaats daarvan heb ik voorgesteld om onze resultaten tegelijkertijd te publiceren.”
Bronnen: Nature Photonics, persbericht AMOLF
Beeld: Photo by float on Freeimages.com