Бактериородопсин замедляет свет в триллионы раз

Изображенный здесь белок бактериородопсин способен творить чудеса с падающим на него светом (изображение с сайта www.rcsb.org)
Изображенный здесь белок бактериородопсин способен творить чудеса с падающим на него светом (изображение с сайта www.rcsb.org)

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 Свет: остановка по требованию?). 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 P. Wu and D. V. G. L. N. Rao, Physical Review Letters, 95, 253601 (12 December 2005). 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 производства АТФ. 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 Bacteriorhodopsin.

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.

Игорь Иванов


4
Показать комментарии (4)
Свернуть комментарии (4)

  • n0isy  | 14.12.2005 | 14:30 Ответить
    Сегодня вроде не первое апреля...
    Ответить
    • spark > n0isy | 14.12.2005 | 15:57 Ответить
      Абсолютно с вами согласен. :) Хотите почитать саму статью? Пожалуйста, http://webfile.ru/690232
      Ответить
      • n0isy > spark | 15.12.2005 | 12:25 Ответить
        Спасибо! Очень занимательно, даже чего-то там доказали в теории. :-)
        Только не понятно на сколько доступно будет вещество - и на сколько долговечно(бактерия все-таки).
        Ответить
        • spark > n0isy | 16.12.2005 | 17:03 Ответить
          Вещество-то, как они пишут, давно производится фармацевтическими компаниями. Проблем с этим нет.

          Лично меня поражает то, что никто раньше на это свойства не наткнулся. Более того, если посмотреть список публикаций этой экспериментальной группы, то они этими пленками с бактериородопсином занимались уже несколько лет, разные на них эксперименты ставили, публикации публиковали. И только сейчас наткнулись на то, что если праивльным образом осветить эту пленку, то она начинает чудеса делать.

          Но с другой стороны, несколько лет назад был похожий пример с диборидом магния: вещество можно купить в аптеке, но никто до 2001 года не знал, что оно сверхпроводник с довольно высокой температурой и интересными свойствами.
          Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»