Создан метаматериал, внутри которого фазовая скорость световых волн бесконечна. Новинка может заметно поправить положение в оптоэлектронике
Вчені з Інституту атомної та молекулярної фізики ( Нідерланди ) і Пенсільванського університету ( США ) представили матеріал, що надає видимого світла майже нескінченну довжину хвилі.
Новинка , що складається з перекриваються верств срібла і нітриду кремнію , експлуатує досить незвичайний підхід . Швидкість поширення світлових хвиль в середовищі , що володіє світловий дисперсією , буває фазова і групова . Фазова , нагадаємо , показує , як « піки » і «провали» світлової хвилі рухаються через матеріал , у той час як групова швидкість визначає перенесення енергії тими ж самими хвилями. З точки зору теорії відносності перенесення енергії не може бути швидше за швидкість світла , що обмежує групову швидкість. А от для фазової таких фізичних обмежень немає. Саме тому раніше інший науковій групі вдалося підняти фазову швидкість до нескінченної , хоча і в одному лише нанопристрої .
Схема створення метаматеріала за допомогою сфокусованих іонних пучків (тут і нижче ілюстрації AMOLF ) .
Тепер вчені на чолі з Альбертом ПОЛМАНН ( Albert Polman ) випробували той же підхід для створення метаматеріала , що складається з безлічі таких наноустройств . Його повторювані елементи багато менше , ніж довжина хвилі випромінювання , з яким матеріал працює . Коли світло подорожує через середовище , його поширення визначається діелектричної проникністю останньої - опором матеріалу електричним полям світлових хвиль.
Діелектрична проникність срібла негативна, а у нітриду кремнію вона позитивна . Комбінація цих речовин дає незвичайний результат: діелектрична проникність , по суті , дорівнює нулю. У підсумку з боку здається , що світло не відчуває ніякого опору в матеріалі ; піки і западини світлової хвилі практично не рухаються - і фазова швидкість хвиль стає нескінченною.
Крім власне створення метаматеріала , непростим завданням виявилося точне вимірювання поширення світла в ньому. Для цього розроблявся спеціальний інтерферометр .
Що дає матеріал з нескінченною фазової швидкістю поширення електромагнітних хвиль? На виході з нього світлові хвилі повністю синхронізовані , а формою фазового фронту такого світла можна управляти в дуже широких межах. Метаматеріал здатний стати основою для антени , за допомогою якої можна без затримок (щодо швидкості світла) передавати інформацію від однієї оптичної мікросхеми інший.
Раніше тієї ж групи дослідників вдавалося створити лише окремий пристрій , в якому фазова швидкість світла була нескінченною, однак для застосування в повноцінних комп'ютерах його одного мало. Але оскільки новий метаматеріал , по суті , являє собою набір таких приладів , він вже сьогодні підходить для використання в наборах оптичних мікросхем .
Фазову швидкість світла в новому матеріалі вимірювали за допомогою спеціально створеного інтерферометра .
Важливо і те , що застосована для його виробництва технологія фокусованої іонного пучка більш-менш освоєна і легко масштабируема .
Звіт про дослідження опублікований в журналі Nature Photonics .
Підготовлено за матеріалами Інституту атомної та молекулярної фізики
Автор : Олександр Березін
Джерело (і ) :
compulenta.computerra.ru
