Новый метаматериал позволяет получить свет с почти бесконечной длиной волны

Группа исследователей из США и Голландии получила метаматериал, способный придать видимому свету необычные свойства: длина волны излучения, проходящего сквозь нанослои серебра и нитрида кремния, становится почти бесконечной.

Редакция сайта

Характер распространения излучения в среде определяется фазовой и групповой скоростью. Фазовая скорость характеризует быстроту перемещения отдельных минимумов и максимумов электромагнитных волн, а групповая — определяет скорость переноса энергии. Групповая скорость, подчиняясь ограничениям теории относительности, не может превышать скорость света, а фазовая скорость теоретически может принимать любые значения. Когда фазовая скорость равняется нулю, «пики» и «провалы» электромагнитной волны застывают на месте, а при бесконечно больших значениях фазовой скорости бесконечной окажется и длина волны рассматриваемого излучения. Однако в природе не существует материалов, которые демонстрировали бы столь необычные свойства.

Группа ученых, решивших создать искусственный материал, фазовая скорость излучения в котором стремилась бы к бесконечности, составила многослойную конструкцию из серебра и нитрида кремния. Толщина каждого из слоёв меньше длины волны видимого излучения, и оптические свойства обоих материалов оказывают своё влияние на характеристики проходящей сквозь них волны.

То, как свет распространяется в среде, зависит от её диэлектрической проницаемости — сопротивления, которое материал оказывает распространению электромагнитной волны. Для серебра эта величина (начиная с некоторой длины волны) является отрицательной, для нитрида кремния — всегда положительной, а общая диэлектрическая проницаемость материала практически равняется нулю. Поэтому создается впечатление, что свет, проходящий через данный материал, испытывает нулевое сопротивление и распространяется с бесконечной фазовой скоростью. Так длина волны излучения оказывается почти бесконечной.

Материал был изготовлен путем обработки фокусируемым ионным пучком. Эта техника позволяет контролировать структуру материала на наноуровне. С помощью специализированного интерферометра исследователи показали, что свет действительно распространяется внутри метаматериала без существенного пространственного изменения фазы — т. е. практически с бесконечной длиной волны.

Метаматериал может найти применение при разработке новых оптических цепей и их компонентов, а также более совершенных светодиодов.

По сообщению PhysOrg