Forskere udvikler en ny teoretisk tilgang til at manipulere lys

Søgen efter at opdage banebrydende nye måder at manipulere, hvordan lys bevæger sig gennem elektromagnetiske materialer, har taget en ny, usædvanligt twist.

Et innovativt forskningsprojekt, udført af eksperter fra University of Exeter, har udviklet en ny teoretisk tilgang til at tvinge lys til at rejse gennem elektromagnetiske materialer uden nogen form for refleksion.

Opdagelsen kan bane vejen for mere effektiv kommunikation og trådløs teknologi.

Projektet fokuserede på at finde nye slags elektromagnetiske materialer, hvor lyset kun kan rejse i én retning, uden nogen refleksion, ved hjælp af Maxwells ligninger. Disse fire pivotale ligninger, udgivet i 1860'erne af fysikeren James Clerk Maxwell, beskrive hvordan elektriske og magnetiske felter bevæger sig gennem rum og tid. Disse ligninger understøtter meget af moderne teknologi fra optiske og radioteknologier, til trådløs kommunikation, radar og elmotorer.

Disse nye usædvanlige materialer var tidligere blevet forstået ved hjælp af ideer, der vandt til 2016 Nobelprisen, ideer lånt fra et abstrakt område af matematik kendt som topologi, som studerer egenskaberne ved former, der forbliver de samme, når du klemmer og støber dem.

Det nye ved dette værk er, at det har fundet disse nye elektromagnetiske materialer ved kun at bruge et lille twist på high school-konceptet brydningsindeks.

Denne opdagelse kan forenkle designet af materialer, hvor lyset kun kan forplante sig i én retning og evt. for eksempel, bruges til at forbedre telekommunikation, hvor information formerer sig som pulser, information, der går tabt, når der er refleksion.

Undersøgelsen er publiceret i førende tidsskrift Naturfysik .

Mitchell Woolley, medforfatter, og som udførte forskningen, mens han studerede naturvidenskab ved University of Exeter, sagde:"Vores papir tester grænserne for, hvordan lys kan opføre sig ved at bruge Maxwells ligninger og elektromagnetiske teori til at konstruere eksotiske optiske materialer. Jeg tror, ​​at nyheden her var hverken ved at bruge topologi eller traditionelle metoder til numerisk simulering og optimering for at finde disse materialer."

Dr. Simon Horsley, hovedforfatter af papiret og også fra University of Exeter tilføjede:"Der er stadig en masse interessant fysik og matematik at finde i at forstå, hvordan lys bevæger sig gennem stof. Det er meget tilfredsstillende, at det enkle koncept med brydningsindekset kan bruges i sådanne usædvanlige materialer."