Два тончайших листа, каждый — всего в один атом толщиной, кладут друг на друга и слегка поворачивают. Как два листа цветной кальки: пока они лежат ровно, картинка одна, а стоит повернуть — появляется муаровый узор. Здесь, правда, узор не виден глазу, зато он полностью меняет то, как материал обращается со светом.
В эксперименте взяли дисульфид молибдена и диселенид вольфрама — два полупроводника, знакомых по электронике. Их совместили и облучили невидимым инфракрасным лучом с длиной волны 1260 нанометров. В ответ слои выдали зелёное свечение. Это работает так: два инфракрасных фотона сливаются в один видимый — явление называют генерацией второй гармоники. Но главное — поляризация этого зелёного света оказалась закрученной влево или вправо в зависимости от того, как повёрнуты слои. При угле скрутки около 30 градусов разница между левой и правой поляризацией достигла 1,96 — почти теоретического предела.
Почему так происходит? Световая волна от каждого слоя приходит со своей задержкой, и эти две волны складываются. Задержка зависит от направления вращения поляризации — это похоже на двух переводчиков, которые повторяют одну фразу, но один чуть запаздывает. В зависимости от того, кто отстаёт, смысл итоговой фразы меняется на противоположный. В физике такой набег фазы называется фазой Панчаратнама–Берри, и он диктуется исключительно геометрией поворота.
Практическая ценность в том, что поворотом атомного слоя можно управлять нелинейным откликом материала — то есть тем, как он преобразует частоту света. Это сулит крошечные преобразователи для оптических чипов, где цветом и поляризацией заведует геометрия, а не громоздкие кристаллы.
Эффект настолько чувствителен к повороту, что изменение угла всего на один градус может обратить поляризацию — как если бы лёгкое движение руля заставляло машину ехать задом.
В романе Питера Уоттса «Эхопраксия» упоминаются материалы, чьи свойства зависят от взаимной ориентации слоёв, — похоже на произвольное переключение оптических свойств поворотом.