Свет, выжатый из кристалла до предела экспресс
Струна гитары, если её сильно дёрнуть, звучит не одной нотой, а сразу несколькими — основным тоном и обертонами. Похожий фокус физики проделали со светом: направили на кристалл инфракрасный лазер, а кристалл в ответ засветился сразу шестнадцатью цветами — от невидимого теплового до жёсткого ультрафиолета.
Кристалл называется NbOI2 — это слоистый материал, похожий на стопку бумаги, где каждый лист толщиной в один атом. Внутри такого листа заряды смещены: с одной стороны плюс, с другой минус, как у батарейки. Поэтому материал сам по себе реагирует на свет необычно: слабый свет он удваивает, а сильный — заставляет плясать сразу на многих частотах.
В эксперименте лазер бил в кристалл с частотой, как у теплового излучения. Энергии в каждом импульсе было немного — меньше, чем нужно, чтобы вскипятить чайник за час. Но кристалл оказался настолько отзывчивым, что выдал свет с частотами в шестнадцать раз выше исходной. Причём чётные и нечётные «обертоны» вели себя по-разному: чётные всегда смотрели вдоль оси кристалла, как стрелка компаса, а нечётные вертелись вслед за лазером.
Практическая польза — компактные источники света с перестраиваемой частотой. Такие нужны для квантовой связи, точных измерений и микроскопов, которые видят отдельные молекулы. Вместо громоздких лазерных установок — тонкая плёнка, которая сама превращает один луч в целую радугу.
Свет с частотой в 16 раз выше исходной лежит уже в глубоком ультрафиолете — он невидим, но способен разрушать химические связи в молекулах.
В сериале «Звёздный путь» фазеры перестраивают частоту луча для разных целей — от оглушения до резки металла. Кристалл NbOI2 делает нечто похожее в миниатюре, меняя цвет света без смены источника.