Рідина перетворюється на тверде тіло. Лава остигає, стаючи гірською породою. Вода замерзає у кригу. Фізичні процеси тут очевидні та прості. Але сфера їх застосування — зовсім інша справа.
Візьмемо оптичне волокно. Ми нагріваємо скляні заготовки до плавлення, а потім витягуємо їх у нитки тонше за людське волосся. Світло поширюється всередині цих волокон, перетинаючи континенти з запаморочливою швидкістю. Саме вони є основою телекомунікацій. Крім того, такі волокна використовуються в лазерах, ендоскопах та датчиках. Порожниста серцевина може навіть утримувати гази, виступаючи в ролі мініатюрної хімічної лабораторії.
Проте дослідники з Інституту науки про світло ім. Макса Планка (MPL), Ганноверського університету ім. Лева XII (Leibniz University Hannover) та Інституту фотонних технологій ім. Лейбниця (IPHT) вирішили піти іншим, більш «холодним» шляхом. Вони не просто витягували скло, а заморожували його. Таким чином було відкрито новий спосіб зберігання світла за допомогою оптичних волокон із замороженою серцевиною.
Фізика заморожування рідкої серцевини
Дослідники взяли оптичні волокна з рідкою серцевиною (LiCOF) та занурили їх у рідкий азот при температурі -196°C. Мета була проста: затвердіти серцевину, не втрачаючи при цьому функцій волокна.
Це вдалося.
“Ключовий момент полягає в тому, що заморожена ділянка LiCOF зберігає свою здатність спрямовувати світло”, – пояснює Саймон Зайдерер (Simon Seiderer). Він є дослідником у групі “Квантова оптоакустика” під керівництвом професора д-ра Біргіт Штіллер, яка очолює цей проект.
Але тут починається найцікавіше. Волокно не просто спрямовувало світло. Як рідка, так і заморожена секції почали проводити гіперзвукові звукові хвилі.
Світло поширюється швидко, звук повільно. У стандартних волокнах вони мало взаємодіють. У цьому замороженому LiCOF вони починають тісно взаємодіяти один з одним.
Чому ефект Бріллюена-Мандельштама такий важливий
Ця взаємодія обумовлена брилюеновським розсіюванням (ефект Бріллюена-Мандельштама*). Той самий ефект спостерігається і у звичайних волокнах, але зазвичай він дуже слабкий. Тут він стає потужним.
Заморожування рідкої серцевини створило щільне, обмежене середовище. Результат? Оптоакустичний зв’язок посилився більш ніж у 1000 разів у порівнянні зі стандартними волокнами.
Уявіть фізичну пастку для інформації.
Оскільки світло рухається швидше за звук, дані можна «перелити» з світлової хвилі на більш повільну звукову. Вони тимчасово зберігаються в такому стані, а потім за потреби перетворюються назад у світло.
Це оптоакустична пам’ять, і вона має вирішальне значення для фотонних нейроморфних обчислень.
Нова платформа для квантового обладнання та ІІ
Нейроморфні обчислення імітують роботу людського мозку, обробляючи та зберігаючи інформацію одночасно. Поточне обладнання страждає на низьку енергоефективність. Фотонні системи пропонують рішення, але тільки якщо їх компоненти малі та потужні.
Заморожене волокно з рідким серцевиною (LiCOF) забезпечує саме це.
«Заморозивши рідку серцевину, ми створили нову фізичну платформу», — каже Штіллер. “Вона забезпечує екстремальні нелінійності, залишаючись при цьому зручною в експлуатації”.
Можливості виходять далеко за межі простого зберігання даних.
Сильний зв’язок між світлом та звуком відкриває двері для:
- Нейроморфних обчислень: процесорів, натхненних мозком і працюючих на світлі.
- Квантової обробки інформації: високопродуктивної та безпечної передачі даних.
- Мікрохвильової фотоніки: покращення обробки сигналів для мереж 6G та майбутніх поколінь.
- Високоточних датчиків: виявлення змін, занадто малих для поточних технологій.
«Такий рівень зв’язку між світлом і звуком відкриває нові можливості», — зазначає Штіллер. Не тільки для пам’яті, а й для комплексу майбутніх технологій.
Шлях до оптимізації
Це дослідження не було проведено у вакуумі. Воно спиралося на співпрацю з професорами Маркусом Шмідтом та Маріо Хемніцем з IPHT в Єні, які зробили внесок у розробку волокон з рідким серцевиною. Заморожування додало нову змінну, яка значно посилила нелінійні ефекти.
Результати були опубліковані в журналі “Optica” під назвою: “Гігантське діамантове посилення в заморожених капілярах CS₂”.
Опубліковано 19 липня 2026 року.
Робота була підтримана Європейською дослідницькою радою, Німецьким дослідницьким фондом (DFG) та Товариством Макса Планка. Деталі фінансування не є головною темою, на порядку денному фізика.
Раніше ми розглядали волокно лише як трубу для світла, прозоре шосе. Це дослідження передбачає, що також може бути банком пам’яті, процесором чи датчиком.
Майбутнє обчислень буде схоже на шматок льоду?
Можливо.
Технологія ще молода. Перехід від лабораторних установок до центрів обробки даних потребуватиме додаткової роботи. Однак одних тільки енергії енергії достатньо, щоб змінити підхід до харчування дата-центрів. Але залишається питання: чи зможемо ми надійно підтримувати заморожування таких серцевини у промислових масштабах?
Чи це лише блискучий proof-of-concept (підтвердження концепції), який буде забутий, щойно з’являться найкращі матеріали?
Наука тверда. Решта – за інженерами.
