Принято считать, что вакуум — это абсолютная пустота. На самом деле он кишит крошечными энергетическими всплесками: виртуальные фотоны то появляются, то исчезают, взаимодействуя с материей и придавая ей новые свойства. Ученые научились ловить эти колебания с помощью оптических резонаторов — зеркальных камер, где свет отражается между поверхностями.

Обычные резонаторы усиливают флуктуации для света с любой поляризацией. Но исследователи из Университета Райса пошли дальше — они создали резонатор, который избирательно усиливает только один тип круговой поляризации, добившись хиральности. Раньше для этого требовалось мощное магнитное поле.

Хиральность — свойство объекта быть несовместимым со своим зеркальным отражением, как левая и правая рука. В физике означает, что система по-разному реагирует на свет с разной круговой поляризацией.

В статье для Nature Communications команда под руководством Джунъитиро Коно использовала слаболегированный антимонид индия, чтобы построить хиральный резонатор. Теоретические расчеты показали, что если внутрь поместить графен, он превратится в особый изолятор, полезный для квантовых вычислений.

Как это работает

• Резонатор сделан из антимонида индия — полупроводника, который обычно применяют в инфракрасных датчиках.
• Благодаря его свойствам достаточно слабого магнитного поля, чтобы подавить флуктуации в одном направлении, оставив другие нетронутыми.
• Численное моделирование помогло оптимизировать конструкцию без лишних экспериментов.

Наш подход меняет правила игры, — говорит Коно. — Вместо мощных магнитов мы просто помещаем материал в резонатор, и квантовые эффекты вакуума делают свое дело.

Что это дает

Графен в таком резонаторе меняет свойства: открывается запрещенная зона, и он становится топологическим изолятором. Это может пригодиться для создания квантовых устройств.

Исследование открывает путь к управлению материалами без гигантских магнитов и экстремальных условий. Это упростит разработку:

• Квантовых процессоров, где важна стабильность.
• Новых типов датчиков и оптических устройств.
• Топологических изоляторов для энергоэффективной электроники.

Эксперимент пока подтвержден только расчетами. Практическая реализация может столкнуться с трудностями:

• Точность изготовления резонатора должна быть идеальной.
• Влияние температуры и дефектов материала не до конца изучено.

Ранее ученые создали конденсаторы для работы при температуре 200 градусов.