Forskere udforsker nyt fysikkapitel

Interaktioner mellem lys og stof er en grundlæggende enhed i moderne fysik, men for nylig er forskere begyndt at se ud over de almindelige lærebogsinteraktioner.

Alexandra Boltasseva er professor i elektrisk og computerteknik ved Purdue University. Årevis, hun har arbejdet med optiske metamaterialer (kunstigt konstruerede materialer indeholdende nanostrukturer, der giver dem unikke visuelle egenskaber) for at skabe nanotweezere, metasoverflader og andre små objekter. Nu, hun udforsker et helt nyt kapitel i fysik.

"Hvis vi ser på en lærebog, og der er et kapitel om, hvordan lys interagerer med stof, det ville gå fra hvordan lys interagerer med transparente materialer til hvordan lys interagerer med reflekterende materialer, "Sagde Boltasseva." Det, vi skal studere, er dette område mellem de to typer. "

Når lyset formerer sig gennem gennemsigtige materialer, lyset ændrer sig ikke særlig meget, hvilket betyder, at den har en positiv dielektrisk permittivitet (også kaldet epsilon). Det modsatte er tilfældet for reflekterende materialer, som udsender lys og har en negativ permittivitet (negativ epsilon). Mellem positivt og negativt er en eksotisk, stort set uudforsket område kaldet Epsilon-Near-Zero (ENZ).

Når lys kommer ind i et medium, hvis permittivitet er nul, observatører vil se det samme lys gå ind og komme ud. Det er næsten som om lyset tunnellerer fra den ene side til den anden uden at ændre dens egenskaber - et usandsynligt fænomen i fysik.

"Da nul er så forskellig fra plus og minus et, vi forventer, at der sker mange interessante ting der, "Sagde Boltasseva." Det bringer fuldstændig nyhedsfysik og indsigt i spil. "

Konventionelle ENZ -medier, såsom metal, har naturligt forekommende nulkrydsninger, men oplever ofte materialetab (lysabsorption) på det tidspunkt. Det vil være svært at finde et materiale, der har en nulovergang, men som ikke tillader lysabsorbering, Sagde Boltasseva.

Forskergruppen planlægger at eksperimentere med både naturlige materialer og nye metamaterialer, selvom naturlige materialer er mere tilbøjelige til at opleve absorption. Tilføjelse af et lysforstærkende medium kan modvirke absorption, men det ville være udfordrende. Gruppen mener gennemsigtige ledende oxider og overgangsmetalnitrider (nyudviklede materialer, der har et naturligt forekommende ENZ -punkt i de synlige og nær infrarøde bølgelængdeområder, såvel som skræddersyede optiske egenskaber) kunne hjælpe med at løse dette problem.

Selvom Boltasseva mener, at dette projekts største indvirkning vil være på fundamental videnskab, hun tror, ​​det også vil føre til nye apparatapplikationer.

"Ultrahurtig modulering er et af de store problemer i optik. Der er altid en afvejning. Du ændrer enten tingene virkelig langsomt i en stor amplitude, eller meget hurtigt, men i et lille område. Jeg håber, vi kan bryde denne cyklus, "sagde hun." Dette kan føre til en række ultrahurtige optiske enheder til kommunikation og informationsteknologier. "