Metamateriał na fotonicznym chipie

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Wiek XXI nie będzie prawdopodobnie wiekiem elektroniki, lecz fotoniki. A w znacznej mierze może się do tego przyczynić najnowsze osiągnięcie naukowców z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). Są oni pierwszymi, którzy zintegrowali na układzie scalonym metamateriał o współczynniku załamania światła wynoszącym 0. Oznacza to, że światło może osiągać w nim maksymalną prędkość fazową.

Nowy materiał został opracowany przez Erika Mazura. Światło nie lubi, jak się je ściska i manipuluje. Jednak ten metamateriał pozwala na jego manipulowanie, zaginanie, skręcanie czy zmianę średnicy wiązki od skali makro do skali nano. To nowy sposób manipulowania światłem - wyjaśnia Mazur.

Światło, w zależności od materiału, w którym się porusza, ma różną prędkość fazową. Gdy na przykład trafi na wodę jego prędkość fazowa zmniejsza się, podobnie jak długość fali. Po opuszczeniu wody prędkość fazowa wzrasta, rośnie też długość fali. To, jak bardzo zmniejsza się prędkość fazowa w danym ośrodku jest jest opisywane właśnie współczynnikiem załamania. Im jest on wyższy, tym bardziej materiał wchodzi w interakcje ze światłem. Na przykład dla wody współczynnik załamania wynosi 1,3.
Tam, gdzie współczynnik załamania wynosi 0 światło nie zachowuje się jak poruszająca się fala, składająca się z grzbietów i dolin. W takich materiałach mamy do czynienia albo z samymi dolinami, albo z samymi grzbietami. Oscylacja miedzy nimi jest zależna od czasu, nie przestrzeni. Jaka jednorodna faza pozwala zaś na rozciąganie, ściskanie, skręcanie i inne manipulacje bez utraty energii przez światło. Tradycyjne obwody fotoniczne są ograniczane energią poruszającego się światła. Metamateriał o zerowym współczynniku załamania to rozwiązanie pozwalające na zamknięcie energii elektromagnetycznej w różnego typu falowodach, gdyż prędkość fazowa światła jest w nim maksymalna, niezależnie od konfiguracji materiału - wyjaśnia Yang Li, jeden ze współpracowników Mazura.

Nowy metamateriał składa się z krzemowych słupków umieszczonych na polimerze i przykrytych warstwą złota.
W fizyce kwantowej brak zmian fazy pozwala na emitowanie fotonów, których faza zawsze zgadza się z innymi fotonami. Może to też poprawić splątanie kubitów, gdyż światło efektywnie się rozprzestrzenia, jego faza jest nieskończenie długa i jednorodna, pozwalając na splątanie nawet odległych cząstek - dodaje student Mazura, Philip Munoz.

« powrót do artykułu