Дорогие читатели, Нашему шестнадцатилетнему, волонтёрскому и некоммерческому проекту для создания новой, современной версии N-N-N.ru, очень нужно посоветоваться касательно платформы нашего сайта – SYMFONY & DRUPAL 8. Платформа не простая, но обещаем – мы не займём много времени, просто нужна консультационная поддержка квалифицированного разраба. Если вы можете помочь, то связаться с нами можно на страницах Facebook.com здесь и здесь.

Создан метаматериал, внутри которого фазовая скорость световых волн бесконечна

Учёные из Института атомной и молекулярной физики (Нидерланды) и Пенсильванского университета (США) представили материал, придающий видимому свету почти бесконечную длину волны. Новинка может заметно поправить положение в оптоэлектронике.

Новинка, состоящая из перекрывающихся слоёв серебра и нитрида кремния, эксплуатирует довольно необычный подход.

Скорость распространения световых волн в среде, обладающей световой дисперсией, бывает фазовая и групповая.

Фазовая, напомним, показывает, как «пики» и «провалы» световой волны движутся через материал, в то время как групповая скорость определяет перенос энергии теми же самыми волнами.

С точки зрения теории относительности перенос энергии не может быть быстрее скорости света, что ограничивает групповую скорость. А вот для фазовой таких физических ограничений нет. Именно поэтому ранее другой научной группе удалось поднять фазовую скорость до бесконечной, хотя и в одном лишь наноустройстве.

k1_1.jpg Рис. 1. Схема создания метаматериала при помощи фокусированных ионных пучков (здесь и ниже иллюстрации AMOLF).

Теперь учёные во главе с Альбертом Полманом (Albert Polman) испробовали тот же подход для создания метаматериала, состоящего из множества таких наноустройств. Его повторяющиеся элементы много меньше, чем длина волны излучения, с которым материал работает. Когда свет путешествует через среду, его распространение определяется диэлектрической проницаемостью последней — сопротивлением материала электрическим полям световых волн.

Диэлектрическая проницаемость серебра отрицательна, а у нитрида кремния она положительная. Комбинация этих веществ даёт необычный результат: диэлектрическая проницаемость, по сути, равна нулю. В итоге со стороны кажется, что свет не испытывает никакого сопротивления в материале; пики и впадины световой волны практически не двигаются — и фазовая скорость волн становится бесконечной.

Помимо собственно создания метаматериала, непростой задачей оказалось точное измерение распространения света в нём. Для этого разрабатывался специальный интерферометр.

Что даёт материал с бесконечной фазовой скоростью распространения электромагнитных волн? На выходе из него световые волны полностью синхронизированы, а формой фазового фронта такого света можно управлять в очень широких пределах. Метаматериал способен стать основой для антенны, с помощью которой можно без задержек (относительно скорости света) передавать информацию от одной оптической микросхемы другой.

Ранее той же группе исследователей удавалось создать лишь отдельное устройство, в котором фазовая скорость света была бесконечной, однако для применения в полноценных компьютерах его одного мало. Но поскольку новый метаматериал, по сути, представляет собой набор таких приборов, он уже сегодня подходит для использования в наборах оптических микросхем.

k2_2.jpg Рис. 2. Фазовую скорость света в новом материале измеряли с помощью специально созданного интерферометра.

Важно и то, что применённая для его производства технология фокусируемого ионного пучка более или менее освоена и легко масштабируема.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Photonics.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (16 votes)
Источник(и):

1. Институт атомной и молекулярной физики

2. compulenta.ru



OSV аватар

Как сейчас уже стало традиционным (см. 4 статьи со словом «НАНО» и «Непричёсанная физика и частица Бога» на rusnor.org):

Красивый технологический эксперимент,

Простенький физический эксперимент,

И! –натянутая (или притянутая за уши интерпретация).

Об изменении свойств на данном масштабе самих использованных компонент – ни слова, а они есть и измеримы (любопытные могут найти, например, Stanislav V. Ordin, Igor A. Sokolov, Dimension Effect in Lattice Absorption of Silicon Carbide, Pacific science review V.7 – 2006, p.81–84),

О диэлектрической проницаемости авторы «открытия» знают только из букварей и не только не подумали о масштабных её изменениях (и о взаимодействии компонент размером меньше глубины проникновения), но похоже и не подозревают, что даже в классических макроскопических кристаллах у поверхности есть ДГУ Пекара (дополнительные граничные условия Пеказа оказались в тени т.к. его «задвинул» Ландау).
Но есть и более существенный момент, который затрагивает феноменологические аспекты, это

  1. Размерность самой диэлектрической проницаемости в модулированных средах (см. в Book: Optical Lattices: Structures, Atoms and Solitons, S.V. Ordin, W.N. Wang, “Giant spatial dispersion in the region of plasmon-phonon interaction in one-dimensional- incommensurate crystal the higher silicide of manganese (HSM)”, Nova Sc. Publ. Inc., 2011, 25 pp.)
  2. Размерность её математической записи. Как полагали ранее (продолжают часто верить и сейчас), из принципа причинности следует интегральная связь Крамерса-Кронига между действительной и мнимой частью диэлектрической. Но как показали оптические исследования предельно анизотропного кристалла, ромбоэдрического BN, есть дополнительный фактор, требующий введения ещё одной мнимой части диэлектрической проницаемости (и расширения связи Крамерс-Кронига) – математически она кватернион, учитывающий непропускание, в BN связанное с параметрическим сильным взаимодействием между нормальными модами (эти результаты давно уже докладывались на институтском семинаре, но до серьёзной публикации руки не дошли отчасти из-за боязнью Phys.Rev. опубликовать одно из следствий этой работы – ошибочность используемого в твёрдом теле первичного квантования).

Станислав Ордин.