ナノメートル スケールのデバイス内では、可視光は無限の速さで移動します。物理学者とエンジニアのチームが報告しています。アルバート・アインシュタインの相対性理論の有名な速度制限は依然として有効ですが、ギズモは、ある種の光回路の要素として機能するなど、さまざまな用途がある可能性があります。
アトランタにあるジョージア工科大学の電気技術者である Wenshan Cai は、「このようなことのデモンストレーションは間違いなく非常に興味深いものであり、役に立つ可能性があります」と述べています。
空の空間では、光は常に秒速 3 億メートルで進みます。ガラスなどの素材では、移動速度が遅くなります。物質中の速度に対する真空中の光の速度の比率によって、物質の「屈折率」が定義され、通常は 1 より大きくなります。しかし、科学者たちは光と物質の相互作用を操作して、屈折率を負にするなどの奇妙な方法で調整し始めました。これにより、光の異常な曲がりが生じます。
さて、アムステルダムの FOM 原子分子物理学研究所の物理学者である Albert Polman。ペンシルバニア大学の電気技師である Nader Engheta 氏。と同僚は、特に奇妙な偉業を成し遂げました。彼らは、特定の波長の光波が無限に速く移動するように、可視光の屈折率がゼロである小さなデバイスを開発しました。
このデバイスは、厚さ 85 ナノメートル、長さ 2000 ナノメートルの絶縁二酸化シリコンの長方形の棒で構成されており、通常、光は透過しない導電性銀で囲まれています。その結果、導波管と呼ばれる光伝達チャンバーができます。 Physical Review Letters の印刷中の論文で報告されているように、研究者は、二酸化ケイ素の幅が 120 から 400 ナノメートルの範囲のさまざまなデバイスを作成しました。 .
電磁場はデバイスの側面で特定の「境界条件」に従わなければならないため、このような導波路では光の挙動が異なります。短波長の光がガイドの端の間を行き来し、反対方向に伝搬する光波の山と谷が重なり合って、オルガン パイプの鳴り響く圧力パターンによく似た、明るい帯と暗い帯のパターンを作成します。 「カットオフ」波長を超えると、光はまったく流れません。
カットオフ波長で、物事は興味深いものになります。帯状のパターンを生成する代わりに、導波管全体が点灯します。つまり、等間隔のピーク、つまり「位相面」を持つ波として機能する代わりに、波はそのピークが無限に速く移動し、一度にどこにでもあるかのように動作します。そのため、光は導波路の長さに沿って同期して振動します。
Engheta とその会社は以前、マイクロ波と呼ばれるより長い波長の放射線の屈折率をゼロにすることを作成していました。新しいウィジェットは小さすぎて光源を含めることができないため、可視光の偉業を繰り返すのは困難でした。代わりに、研究者は電子ビームを発射して導波路内のすべての波長の光を生成し、そこから漏れる光を測定しました。特定の波長で発光する光の量は、電子ビームがその波長の暗いスポットと明るいスポットのどちらに入るかによって異なります。そのため、導波路に沿ってビームをスキャンし、出力を監視することで、研究者は各波長での光パターンを追跡しました。香港科技大学の物理学者である Che Ting Chan は、次のように述べています。
では、どこでも一度に発生する光波が相対論に違反しないのはなぜでしょうか?光には 2 つの速度がある、と Engheta は説明します。 「位相速度」は、特定の波長の波が移動する速さを表し、「群速度」は、光がエネルギーまたは情報を伝える速さを表します。 Engheta によると、群速度だけが真空中の光速未満に留まる必要があり、導波路内ではそうです。
この装置にはさまざまな用途があると Engheta 氏は言います。導波管から漏れる光はすべて同期しているため、導波管を曲げて、彫刻された位相面を持つ光波を放射するアンテナを形成する可能性があると彼は言います。それはまた、期待されるタイプのナノスケール光回路への導管になるかもしれない、と彼は言います。
このような導波路のアレイは、屈折率がゼロのバルク材料を作ることさえあります。しかし、そのアレイを製造するのは非常に難しいだろう、と Cai は言う:「理論的には簡単ですが、実験的には 非常に ハード。」
