Znajdź zawartość

Naukowcy z Cornell University zaproponowali nowatorską metodę jednoczesnego modulowania w czasie rzeczywistym właściwości absorpcyjnych i refrakcyjnych metamateriałów. To zaś pozwoli na kontrolowanie w czasie i przestrzeni propagacji fal w metamateriałach, co może mieć olbrzymie znaczenie zarówno w fizyce, jak i inżynierii. Autorami teoretycznej pracy, opublikowanej na łamach pisma Optica, są doktoranci Zeki Hayran i Aobo Chen oraz ich opiekun naukowy profesor Francesco Monticone. Dotychczas naukowcy zajmujący się metamateriałami badali je pod kątem możliwości kontrolowania albo absorpcji, albo refrakcji fal elektromagnetycznych. Jednak młodzi naukowcy z Monticone Research Grooup wykazali właśnie, że jeśli będziemy w stanie manipulować obiema właściwościami w czasie rzeczywistym, możliwości metamateriałów zostaną znacznie zwiększone. Metamateriały, których właściwości można zmieniać w czasie – zwane chronometamateriałami – mogą przyczynić się do olbrzymich postępów technologicznych. Wykazaliśmy, że jeśli będziemy modulować w czasie obie te właściwości jednocześnie, uzyskamy znacznie lepszą absoprcję fal elektromagnetycznych niż w strukturze stabilnej lub takiej, w której można modulować w jednym momencie tylko jedną z tych cech. Uzyskujemy w ten sposób znacznie bardziej efektywny system, mówi Monticone. Odkrycie możne doprowadzić do stworzenia nowych metamateriałów o bardzo pożądanych właściwościach. Na przykład materiał pochłaniający szerokie pasmo fal radiowych musi mieć grubość powyżej pewnej grubości granicznej, jednak może to znacząco utrudniać projektowanie urządzeń go wykorzystujących. Żeby zmniejszyć grubość takiego materiału, a jednocześnie zwiększyć zakres pochłanianych fal, trzeba pokonać ograniczenia konwencjonalnych materiałów. Jednym ze sposobów na to jest modulowanie ich struktury, wyjaśnia Hayran. Badacze chcą, by ich prace przyczyniły się do dokonania dużego skoku technologicznego. Nie szukamy możliwości stopniowych zmian technologicznych. Chcemy dokonać przełomowych zmian. To nas naprawdę motywuje. Jak można dokonać takich zmian? Trzeba zacząć od samych podstaw, dodaje Monticone. « powrót do artykułu

Na University of Central Florida powstał nowy typ promienia laserowego, który nie podlega standardowym zasadom przemieszczania się i refrakcji światła. Osiągnięcie, opisane na łamach Nature Photonics, może mieć kolosalny wpływ na systemy komunikacyjne i technologie laserowe. Ta nowa klasa promieni laserowych ma unikatowe właściwości, których nie posiadają standardowe promienie, mówi profesor Ayman Abouraddy, główny autor badań. Nowy rodzaj promienia, nazwany falowym pakietem czasoprzestrzennym, podlega innym niż standardowe zasadom podczas przechodzenia przez różne materiały. Zwykle im bardziej gęsty ośrodek, w którym porusza się światło, tym mniejsza prędkość fotonów. Falowe pakiety czasoprzestrzenne można dostroić tak, by zachowywały się jak standardowe światło, by nie zwalniały lub też by przyspieszały w bardziej gęstych ośrodkach. Dzięki temu te impulsy światła magą w tym samym momencie docierać do różnych punktów w przestrzeni, mówi Abouraddy. Łyżeczka wsadzona do szklanki wody wydaje się złamana w miejscu, gdzie spotykają się woda i powietrze. Prędkość światła w powietrzu jest inna niż w wodzie. Promienie światła zaginają się po przekroczeniu granicy wody i światła, przez to łyżeczka wygląda na złamaną, przypomina uczony. Prawo Snelliusa, dotyczące załamania światła na granicy ośrodków, nadal ma zastosowanie do falowych pakietów czasoprzestrzennych, jednak łamią one zasadę Fermata mówiącą, że promień świetlny przebywa najkrótszą możliwie drogę optyczną. Niezależnie od tego, jak różne są materiały, w których porusza się światło, zawsze istnieje pakiet czasoprzestrzenny, który może przekroczyć granicę pomiędzy ośrodkami bez zmiany prędkości. Innymi słowy, zachowuje się on tak, jakby granica pomiędzy ośrodkami nie istniała, mówi Abouraddy. To zaś oznacza, że w systemach komunikacyjnych wykorzystujących światło prędkość przesyłania wiadomości za pomocą wspomnianych pakietów nie będzie zależna od ośrodków, w których światło się propaguje. Wyobraźmy sobie samolot próbujący skomunikować się z dwoma okrętami podwodnymi znajdującymi się na tej samej głębokości, z których jeden jest blisko, a drugi daleko. W standardowym systemie ten okręt, który jest daleko, będzie dłużej oczekiwał na wiadomość. My odkryliśmy, że możemy tak dostroić sposób propagowania się impulsów, że wiadomość dotrze do obu okrętów w tym samym momencie. Osoba wysyłająca informacje nie musi nawet wiedzieć, gdzie są okręty, dopóki przebywają one na tej samej głębokości. Impulsy można zsynchronizować na ślepo, bez znajomości położenia okrętów, stwierdza uczony. Zespół Aouraddy'ego stworzył falowe pakiety czasoprzestrzenne wykorzystując w tym celu przestrzenny modulator światła, który tak organizuje energię impulsu świetlnego, że jego właściwości w czasie i przestrzeni nie są dłużej od siebie oddzielone. Dzięki temu możliwe jest kontrolowanie „grupowej prędkości” impulsu świetlnego. To nic innego jak maksymalna prędkość, z jaką impuls ten się przemieszcza. W swojej najnowszej pracy zespól Abouraddy'ego wykazał, że jest w stanie kontrolować prędkość grupową falowych pakietów czasoprzestrzennych w różnych mediach. Nie ma przy tym mowy o złamaniu szczególnej teorii względności, gdyż kontroli podlega rozprzestrzeniania się szczytowego impulsu, a nie oscylacji fali światła. To nowe pole badawcze. To, co obecnie wiemy o świetle bierze pod uwagę założenie, że jego właściwości w czasie i przestrzeni są czymś oddzielnym. Znamy zasady optyki opierające się na tym założeniu. Jest ono silnie wbudowane w naukę. Przyjmowane za coś naturalnego. Jednak teraz, odrzucając to założenie, możemy wszędzie obserwować nowe zjawiska, stwierdza Abouraddy. Refrakcja czasu i przestrzeni przeczy naszym oczekiwaniom wywiedzionym z zasady Fermata i daje nam nowe możliwości odnośnie sterowania przepływem światła i innych zjawisk falowych, dodaje współautor badań, Basanta Bhaduri. Na kolejnym etapie badań naukowcy chcą przyjrzeć się interakcjom falowych pakietów czasoprzestrzennych ze światłowodami i wnękami optycznymi. « powrót do artykułu