日本の科学者たちは、あたかも重力の影響を受けているかのように光を操作することに成功した。フォトニック結晶を慎重にひねることで、研究チームは「擬似重力」を利用して光線を曲げることができ、これは光学システムに有用な応用ができる可能性がある。
アインシュタインの一般相対性理論の特徴の 1 つは、光が時空構造の影響を受け、それ自体が重力によって歪むことです。ブラックホールや銀河全体のような非常に巨大な天体が光に多大な損害を与え、その経路を曲げたり、遠くの天体を増幅したりするのはこのためです。
最近の研究では、この効果をフォトニック結晶で再現できるはずであると予測されました。これらの構造は、光学装置や実験で光を制御するために使用され、多くの場合、複数の材料を周期的なパターンに配置することによって作られます。理論的には、これらの結晶のねじれは、宇宙規模の重力レンズとほぼ同じ方法で光波を偏向させる可能性があります。この現象は擬似重力と呼ばれます。
新しい研究では、チームはシリコンで作られたフォトニック結晶でこのアイデアをテストしました。それらは結晶構造を歪め、元々は等間隔に配置されていた 200 ミクロンのグリッドセルが表面全体でますます変形してしまいました。次に、テラヘルツ範囲の光波がレーザーで結晶に照射されます。
このデバイスには、レーザー入力ポートの反対側に 2 つの出力ポートがあり、1 つは入力ポートの上に、もう 1 つは下にあります。疑似重力が機能しない場合、レーザーは直線的に進み、どちらのポートからも出てきません。しかし、ねじれた結晶内では、光波はなんとか下のポートに向かって曲がりました。
研究チームは、この技術は光学システムやその他のデバイスで光を操作する非常に有用な方法となる可能性があり、関連する物理学の研究に情報を提供できる可能性があると述べている。
研究著者の一人である藤田正之准教授は、「テラヘルツ範囲でのこの種の面内ビーム制御は、6G通信で利用できる。学術的には、この結果は、フォトニック結晶が重力効果を利用し、重力子物理学の分野に新たな道を開くことができることを示している」と述べた。
この研究はジャーナル「Physical Review A」に掲載されました。