Wetenschappers bevriezen licht in een kristal

Een team Nederlandse onderzoekers is erin geslaagd om licht op een siliciumplaat te stoppen. Dit zou bijvoorbeeld kunnen leiden tot betere lasers.

Je hoort wel eens zeggen dat licht altijd met de snelheid van het licht reist, maar dat is niet waar. Licht beweegt bijvoorbeeld langzamer door water en nog langzamer door glas. Nu is een team van onderzoeksinstituut AMOLF en de TU Delft, onder leiding van natuurkundige Ewold Verhagen, er zelfs in geslaagd om licht volledig stil te laten blijven in een dun laagje glas.

Lees ook:

vervormd grafeen

Wat Verhagen en zijn collega’s met licht hebben gedaan, lijkt op iets dat met elektronen gebeurt. Je kunt deze deeltjes tegenhouden door ze te confronteren met een sterk magnetisch veld. Maar als je dezelfde truc 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 de magnetische velden er geen controle over.

Nu is er een manier om elektronen stil te laten blijven zonder dat magnetische veld. Als je ze door grafeen – een soort ‘kippengaas’ van koolstofatomen – laat reizen, kun je dat grafeen zo vervormen dat het op elektronen dezelfde werking heeft als een magnetisch veld.

Nieuwe hulpmiddelen

Hetzelfde zou mogelijk moeten zijn met fotonen die door een tweedimensionaal siliciumkristal gaan, schreven Amerikaanse onderzoekers drie jaar geleden. Verhagen en zijn team hebben dit aangetoond door een vervormd kristal te maken. ‘Die vervorming heeft hetzelfde effect op licht als de vervorming van grafeen op elektronen’, zegt Verhagen. En dat is hetzelfde effect als dat van een magnetisch veld.

Dat we op deze manier licht kunnen ‘vasthouden’ betekent dat we nu ook voor licht een ‘heel fundamenteel principe’ kunnen hanteren dat tot voor kort alleen werkte voor geladen deeltjes, zegt Verhagen. “Een belangrijk nieuw instrument in onze gereedschapskist.”

Efficiëntere lasers

Het onderzoek is een stap in de fotonica, een vakgebied dat zich richt op toepassingen van licht vergelijkbaar met die in de elektronica. “Maar dat betekent niet dat we denken dat de huidige elektronische chips op termijn vervangen zullen worden door chips die met licht werken”, zegt natuurkundige Andrea Fiore van de Technische Universiteit Eindhoven, die niet bij het onderzoek betrokken was. “Fotonische chips hebben andere toepassingen dan elektronica; “Fotonica en elektronica zijn geen concurrenten, maar vullen elkaar juist aan.”

Bij de toepassingen van deze fotonische techniek kun je bijvoorbeeld denken aan efficiëntere hoge-intensiteitslasers, zegt Verhagen. Als je op zo’n siliciumplaatje het licht stil laat staan, absorbeert en straalt het licht beter uit. Deze laatste eigenschap zou je bijvoorbeeld in een laser kunnen toepassen. “En binnen de kwantumcommunicatie zijn lichtbronnen die licht kunnen opvangen en uitzenden een belangrijk fenomeen”, vervolgt hij. “Dus dat is ook een mogelijke toepassingsrichting.”

Tekenen?

Het team van Verhagen is niet de enige die het licht in een vervormd kristal wist te stoppen. De onderzoekers die het principe bedachten, publiceren soortgelijke resultaten in hetzelfde nummer van hetzelfde wetenschappelijke tijdschrift. Een wetenschappelijke carrière die eindigde in een gelijkspel? Nee, zegt Verhagen; Op een conferentie hoorde hij in een taxi dat de Amerikanen zelf ook probeerden hun theoretische werk experimenteel te verifiëren. “Dus ik vond het een beetje dom om ons artikel zo snel mogelijk te versturen om hen voor te zijn. In plaats daarvan stelde ik voor om onze resultaten tegelijkertijd te publiceren.”

Bronnen: Nature Photonics, AMOLF-persbericht

Afbeelding: Zwevende foto op Freeimages.com