Бактериородопсин замедляет свет в триллионы раз
Светочувствительный белок бактериородопсин, вырабатываемый некоторыми бактериями, способен замедлять скорость распространяющегося света до 0,1 мм/сек. Технологические перспективы этого открытия самые многообещающие.
Одним из самых громких достижений оптики последних лет стало замедление света до «человеческих скоростей» и консервация светового импульса (подробности см. в заметке ). Этот успех имеет огромное значение как для фундаментальной науки, так и для наукоемких технологий, например для оптоэлектроники. Эти эксперименты, однако, далеко не столь просты с технической точки зрения. Требуется немалая сноровка как для «приготовления» того вещества, которое будет замедлять световой импульс, так и для управления его замедляющими характеристиками.
В этой ситуации настоящей сенсацией стала опубликованная на днях работа двух физиков из Массачусетского университета в Бостоне . Авторы работы сообщают, что групповая скорость распространения светового импульса через полимерную пленку с высокой концентрацией белка бактериородопсина составляла менее 0,1 мм/сек, что на 12 порядков меньше скорости света в вакууме!
Белок бактериородопсин вырабатывается бактериями Halobacterium salinarum и служит для них электростанцией, с помощью которой энергия зеленого света утилизируется для . Под действием света в белке запускается процесс циклических фотопревращений, скоростью и направлением которых можно легко управлять с помощью внешнего источника света. Подробное описание и тематическую библиографию можно найти на странице .
Авторы работы приводят результаты опытов, в которых пленка толщиной всего десятую долю миллиметра, освещенная управляющим лазером, задерживала прохождение сигнального светового импульса без изменения его формы. В зависимости от параметров управляющего лазерного света длительность задержки широко варьировалась и достигала даже 1 секунды, при этом прозрачность пленки для этого импульса всегда оставалась близкой к 100%.
Трудно даже перечислить все преимущества нового подхода по
сравнению со стандартными методиками. Вот некоторые их них:
- возможность изменения скорости распространения света в широчайших пределах с практически нулевым поглощением и отсутствием искажений сигнала;
- полностью оптическое управление скоростью распространения света;
- замедление работает одинаково для сигналов произвольной формы;
- работа идет при комнатной температуре без какого-либо специального температурного режима;
- производство вещества давно налажено и оно доступно в продаже;
- вещество отличается высокой свето-, температуро- и химической устойчивостью и безвредно для окружающей среды;
- мощность, которая требуется для этого эксперимента, составляет доли милливатта.
Подчеркнем, что каждый из этих пунктов уже дает существенный прогресс по сравнению с альтернативными методиками.
В принципе, бактериородопсин уже применялся в технологии и ранее: его способность менять цвет под действием света используется для оптического хранения информации. Однако никто не ожидал, что этот белок приведет к столь кардинальному упрощению и удешевлению целого направления современных технологий. Слова «прорыв» и «революция» будут, пожалуй, слишком блеклыми для описания всех тех изменений, которые может повлечь за собой это открытие.
Впрочем, если оно, конечно, подтвердится.