Das erste Material mit einem Brechungsindex von 0

Zum ersten Mal haben Physiker ein Metamaterial mit einem Lichtbrechungsindex von Null entwickelt. Dies kann zur Schaffung einer neuen Klasse optischer (photonischer) Computer führen , in denen Informationen mit extrem hoher Geschwindigkeit übertragen werden.

Mit dem neuen Metamaterial können Sie die Einschränkungen bestehender Designs von photonischen Computern überwinden, bei denen die resultierenden Photonen in Elektronen umgewandelt werden müssen, wodurch alle Geschwindigkeitsvorteile verloren gehen. Hier können Photonen auf jede Weise manipuliert werden und verschiedene ungewöhnliche Dinge mit ihnen machen.

„Licht ist normalerweise schwer zu komprimieren oder zu verarbeiten“, sagt Eric Mazur von der Harvard University, einem führenden Autor wissenschaftlicher Arbeiten. „Mit diesem Metamaterial können Sie jedoch Licht verarbeiten, wenn Sie von einem Chip auf einen anderen übertragen: komprimieren, biegen, verdrehen, Durchmesser ändern Strahl vom Makro in die Nanoskala. “

Das Metamaterial besteht aus Siliziumsäulen, die in eine Polymermatrix eingebettet und in einen Goldfilm eingewickelt sind.



Laut den Autoren bewegen sich Lichtwellen im Material "unendlich schnell", ohne die Gesetze der Physik zu verletzen. Mit "unendlich" meinen wir natürlich die Phasengeschwindigkeit der Welle und nicht die tatsächliche Lichtgeschwindigkeit.



Jeder weiß, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum 299.792.458 Meter pro Sekunde beträgt. Aber es gibt immer noch einen Indikator wiePhasengeschwindigkeit - Die Geschwindigkeit der Wellenberge im Raum entlang einer bestimmten Richtung. Wenn beispielsweise Luft ins Wasser gelangt, werden Lichtwellen um etwa 30% abgeflacht (komprimiert). Das heißt, die Phasengeschwindigkeit nimmt um 30% ab - der Brechungsindex von Wasser beträgt etwa 1,3.

Was passiert im Metamaterial mit einem Brechungsindex von Null? Einfach gesagt, passieren ziemlich seltsame Dinge. Die Lichtwelle wird sozusagen begradigt, Spitzen und Täler verschwinden darauf, sie verwandelt sich in eine gerade Linie, deren Schwankungen ein Faktor der Zeit und nicht des Raums sind. Das Begradigen von Wellen erleichtert das Manipulieren, ohne Energie zu verlieren. Theoretisch bedeuten solche Eigenschaften das nahezu endlose Potenzial der Verwendung eines neuen Metamaterials in der Industrie: von der Telekommunikation bis zum Quantencomputer. Zum Beispiel können Quantenemitter in einer Umgebung, in der es keinen Phasenvorschub gibt, Photonen emittieren, die immer phasenverriegelt sind, sagtPhilip Munoz, einer der Autoren der wissenschaftlichen Arbeit: „Es kann auch die Verschränkung zwischen Quantenbits verbessern, da die einfallenden Lichtwellen eine unendliche Länge haben und sich effizient im Medium ausbreiten und die Verschränkung von Partikeln sogar weit voneinander entfernt ermöglichen.“

Die wissenschaftliche Arbeit "On-Chip - Null-Index Metamaterialien" wurde veröffentlicht am 19. Oktober 2015 in der Zeitschrift Nature Photonics ( pdf ).

Source: https://habr.com/ru/post/de385765/