В фотонных интегральных схемах направление света регулируют с помощью волноводов, которые сложно и дорого создавать. Однако немецкие и итальянские исследователи обнаружили, что в некоторых природных материалах свет можно направить без волновода. Для этого достаточно разместить на поверхности кристалла наноразмерную золотую антенну и облучить ее инфракрасным лазером.
Учёные из Университета Штутгарта и Итальянского технологического института работали с оксидом дихлорида молибдена (MoOCl2). Он обладает разными оптическими свойствами вдоль разных осей. В одном направлении он ведет себя как металл, поддерживая поверхностные плазмоны — коллективные колебания электронов, которые переносят электромагнитную энергию. В перпендикулярном направлении он действует как диэлектрик, практически не пропускающий плазмоны. Эта анизотропия создает естественный канал, по которому свет движется только в одном направлении. Это явление называется «плазмонной канализацией».
Когда инфракрасным лазером возбуждают антенну на поверхности кристалла, она генерирует плазмоны, которые распространяются по поверхности. Из-за анизотропии MoOCl2 эти плазмоны сжимаются в узкую полосу, как вода, текущая по каналу. С помощью ближнепольной оптической микроскопии исследователи визуализировали это распределение.
Оказалось, что направленность и форма распространения света зависят от длины волны инфракрасного излучения. При длине волны около 4 мкм свет распространяется направленно. При увеличении до 5 мкм он превращается в круговую рябь, а при 3 мкм принимает открытую гиперболическую форму. Меняя длину волны, исследователи могут переключать свет от кругового распространения к направленному и обратно.
Это открытие упрощает создание оптических межсоединений внутри чипов и снижает их стоимость. Оно также открывает путь к новым конструкциям квантовых устройств, включая квантовые и фотоннные(т.н "световые") компьютеры, где важно направленное распространение света.