Gennemsigtighed efter behov:En ny proces kan gøre kunstige materialer gennemsigtige eller endda helt usynlige

Rummet, den endelige grænse. Rumskibet Enterprise forfølger sin mission om at udforske galaksen, da alle kommunikationskanaler pludselig er afskåret af en uigennemtrængelig tåge. I mange afsnit af den ikoniske tv-serie skal det tapre hold "teknologiske teknologien" og "videnskaben videnskaben" inden for kun 45 minutter efter sendetid for at lette deres flugt fra denne eller en lignende knibe, før de afsluttende tekster ruller. På trods af at de tilbringer betydeligt længere tid i deres laboratorier, er det lykkedes et team af forskere fra universitetet i Rostock at udvikle en helt ny tilgang til design af kunstige materialer, der kan transmittere lyssignaler uden nogen forvrængning ved hjælp af præcist indstillede energistrømme. De har offentliggjort deres resultater i Science Advances .

"Når lys spredes i et inhomogent medium, undergår det spredning. Denne effekt forvandler hurtigt en kompakt, rettet stråle til et diffust skær og er velkendt for os alle fra både sommerskyer og efterårståge," professor Alexander Szameit fra Institut for Institut for Fysik ved universitetet i Rostock beskriver udgangspunktet for hans holds overvejelser. Det er især den mikroskopiske tæthedsfordeling af et materiale, der dikterer spredningens specifikationer. Szameit fortsætter, "Den grundlæggende idé med induceret gennemsigtighed er at drage fordel af en meget mindre kendt optisk egenskab til at rydde en vej for strålen, så at sige."

Denne anden egenskab, kendt inden for fotonik under den mystiske titel non-Hermiticity, beskriver energistrømmen eller mere præcist forstærkningen og dæmpningen af ​​lys. Intuitivt kan de tilknyttede effekter virke uønskede - især fading af en lysstråle på grund af absorption ville virke meget kontraproduktivt i forhold til opgaven med at forbedre signaltransmissionen. Ikke desto mindre er ikke-ermitiske effekter blevet et nøgleaspekt af moderne optik, og et helt forskningsfelt stræber efter at udnytte det sofistikerede samspil mellem tab og forstærkning til avancerede funktionaliteter.

"Denne tilgang åbner helt nye muligheder," rapporterer ph.d.-studerende Andrea Steinfurth, førsteforfatter af papiret. Med hensyn til en lysstråle bliver det muligt selektivt at forstærke eller dæmpe specifikke dele af en stråle på mikroskopisk niveau for at modvirke enhver begyndelse af nedbrydning. For at blive i billedet af tågen kunne dens lysspredningsegenskaber undertrykkes fuldstændigt. "Vi modificerer aktivt et materiale for at skræddersy det til den bedst mulige transmission af et specifikt lyssignal," forklarer Steinfurth. "Til dette formål skal energistrømmen styres præcist, så den kan passe sammen med materialet og signalet som brikker i et puslespil." I tæt samarbejde med partnere fra Wiens teknologiske universitet har forskerne i Rostock med succes tacklet denne udfordring. I deres eksperimenter var de i stand til at genskabe og observere lyssignalernes mikroskopiske interaktioner med deres nyudviklede aktive materialer i netværk af kilometerlange optiske fibre.

Faktisk er induceret gennemsigtighed blot en af ​​de fascinerende muligheder, der opstår fra disse resultater. Hvis en genstand virkelig skal bringes til at forsvinde, er det ikke nok at forhindre spredning. I stedet skal lysbølger dukke op bagved helt uforstyrret. Alligevel, selv i rummets vakuum, sikrer diffraktion alene, at ethvert signal uundgåeligt vil ændre sin form. "Vores forskning giver opskriften på at strukturere et materiale på en sådan måde, at lysstråler passerer, som om hverken materialet eller selve det område af rummet, det optager, eksisterede. Ikke engang romulanernes fiktive tilsløringsanordninger kan gøre det," siger medforfatter Dr. Matthias Heinrich, der kredser tilbage til Star Treks endelige grænse.

Resultaterne, der præsenteres i dette arbejde, repræsenterer et gennembrud i grundlæggende forskning i ikke-hermitisk fotonik og giver nye tilgange til aktiv finjustering af følsomme optiske systemer, for eksempel sensorer til medicinsk brug. Andre potentielle applikationer omfatter optisk kryptering og sikker datatransmission, samt syntese af alsidige kunstige materialer med skræddersyede egenskaber. + Udforsk yderligere

Rekonfigurerbare siliciumnanoantenner styret af vektorlysfelt