|  | 21 октября 2015 | Новости науки и техники

Новый метаматериал позволит свету распространяться в его среде с бесконечно большой скоростью

Метаматериал


Электронные технологии - это технологии 20-го века. В дальнейшей перспективе на смену электронным устройствам должны прийти фотонные и фотоэлектрические устройства, внутри которых для передачи и обработки информации используются лучи или отдельные частицы света - фотоны. Однако, прежде чем такое может стать реальностью, прежде чем оптические компоненты появятся в процессорах компьютеров и других чипах, исследователям потребуется разработать методы контроля и управления светом на наноразмерном уровне.

Исследователи из Школы технических и прикладных наук (School of Engineering and Applied Sciences, SEAS) Гарвардского университета, возглавляемые профессором Эриком Мазуром (Eric Mazur), в поисках технологий управления светом разработали первый в своем роде метаматериал, который можно использовать в компонентах на поверхности чипов. И самым интересным является то, что этот материал обладает нулевым значением коэффициента преломления, что, в свою очередь, означает, что фазовая скорость света в среде этого материала может быть увеличена теоретически до бесконечности.

"Свет - это субстанция, которую очень трудно сжать и которой достаточно непросто управлять. Но новый метаматериал, сложный материал, обладающий уникальным набором оптических свойств, позволит реализовать некоторые "чудеса" по отношению к свету" - рассказывает профессор Мазур, - "При помощи этого материала мы можем сжимать, изгибать, закручивать и уменьшать диаметр луча света от микромасштаба до наноразмерного".

Понятие бесконечно большой скорости света должно входить в противоречие с Теорией относительности Альберта Эйнштейна. Согласно этой теории ничего во Вселенной не может двигаться быстрее информации, переносимой фотонами света. Но у света имеется еще один вид скорости, так называемая фазовая скорость, которая определяет, как быстро движутся друг относительно друга максимумы и минимумы электромагнитной волны света. И именно эта скорость увеличивается и уменьшается в зависимости от характеристик материала, через который проходит луч света.

Когда свет проходит, к примеру, через воду, его фазовая скорость уменьшается, что приводит к изменениям длины волны. Когда этот свет покидает водную среду, его фазовая скорость восстанавливается до исходного значения и длина волны становится больше. Отношение фазовой скорости света в вакууме к скорости света в материале называют коэффициентом преломления и у воды значение этого коэффициента равно приблизительно 1.3.

Но если материал обладает нулевым значением коэффициента преломления, то в его среде со светом начинают происходить странные и интересные явления. В среде такого материала свет перестает вести себя подобно движущейся волне, состоящей из череды максимумов и минимумов. Фазовая скорость света увеличивается до бесконечности и волна света обретает бесконечно большую длину. Минимумы и максимумы такой волны более не являются ее пространственными характеристиками и переходят в разряд чисто временных показателей.

Обладание такой бесконечной постоянной фазой позволяет лучу света быть растянутым, искривленным и сжатым совершенно без потерь энергии. В этом свете материал с нулевым коэффициентом преломления может обеспечить реализацию технологий, необходимых для области квантовых вычислений и квантовых коммуникаций.

Собственно метаматериал состоит из матрицы кремниевых столбиков, заключенных в основании из полимерного материала, "обернутого" тончайшей золотой пленкой. Такой материал может быть включен в структуру кремниевых волноводов и его наличие позволит реализовать взаимодействие между фотонными компонентами и обычными электронными компонентами, интегрированными на кристалл одного чипа.

"Использование материала с нулевым коэффициентом преломления позволит создать квантовые излучатели, генерирующие фотоны, волны которых четко синхронизированы по фазе друг с другом" - рассказывает Филип Муноз (Philip Munoz), аспирант, работающий под руководством профессора Мазура, - "Это, в свою очередь, позволит получать надежно запутанные на квантовом уровне фотоны и при их помощи более надежно запутывать квантовые биты, кубиты, вычислительных устройств. Наш новый материал только открывает дверь в область исследований физики нулевого коэффициента преломления и применения всего этого в интегральной оптике и оптоэлектронике".




Ключевые слова:
Метаматериал, Коэффициент, Преломление, Свет, Волна, Фаза, Скорость, Бесконечность

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Ученые создали экзотические квантовые состояния системы, состоящей из фотон ...
  • Комбинация графена и нитрида бора позволяет реализовать эффективное управле ...
  • C помощью наноразмерного устройства ученые заставили свет двигаться с беско ...
  • Материал, который "чернее черного", может стать будущим солнечной энергет ...
  • C помощью метаматериалов можно переключать лучи света, как электрический то ...




  • 21 октября 2015 07:11
    #1 Написал: Nikalen

    Публикаций: 0
    Комментариев: 69
    Крайне интересующее! Хотелось бы по больше об этом узнать.

    И ещё. Администрация журнала, я думаю многим вашим читателям было бы интересно знать, когда, было совершено открытие.

    Пишите пожалуйста даты.


    --------------------
        
    21 октября 2015 07:31
    #2 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3785
    Если задаться целью, и копнуть поглубже по ссылке "Первоисточник", то можно легко найти такую информацию -
    Received 01 April 2015
    Accepted 17 September 2015
    Published online 19 October 2015


    Улыбнула первая дата -)), но это даты принятия готовой работы, а само все это, нетяжело догадаться, было сделано раньше


    --------------------
        
    21 октября 2015 10:32
    #3 Написал: RedElf

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Цитата: FomaNeverujuwij
    Если задаться целью, и копнуть поглубже по ссылке "Первоисточник"

    +

    Раз тут начался пост в челобитных в спортлото:

    Если админы запилят кнопку "Интересно", то они смогут построить статистику какие новости интересуют читателей больше всего
        
    21 октября 2015 12:01
    #4 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3785
    Цитата: RedElf
    построить статистику

    Эту статистику (и по количеству нажавших и по выставленным баллам) неплохо дают пять "оценочных" квадратиков, находящихся прямо над началом комментариев.


    --------------------
        
    21 октября 2015 14:48
    #5 Написал: zlat

    Публикаций: 0
    Комментариев: 481
    дают пять "оценочных" квадратиков

    what хм, не знал, да и после рассказа об этом, еле их нашел, если честно
        
    21 октября 2015 20:01
    #6 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 497
    Новый метаматериал позволит свету распространяться в его среде с бесконечно большой скоростью

    Статья интересная, но заголовок не соответствует ни содержанию, ни действительности. Такое впечатление, что запостивший материал не удосужился его внимательно прочесть. Или прочел, но ничего не понял. Вот выдержка:
    у света имеется еще один вид скорости, так называемая фазовая скорость, которая определяет, как быстро движутся друг относительно друга максимумы и минимумы электромагнитной волны света. И именно эта скорость увеличивается и уменьшается в зависимости от характеристик материала, через который проходит луч света.

    Иными словами, свет в материале не будет двигаться с бесконечной скоростью. И даже со скоростью более 300000к/c двигаться не будет. А вот с его длинной волны будут происходить странные вещи, и скорость этих изменений может быть очень большой.
        
    22 октября 2015 08:00
    #7 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3785
    Цитата: zlat
    еле их нашел, если честно

    На главной странице их найти гораздо проще


    --------------------
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.