В устройстве масштаба миллимикрона видимый свет путешествует бесконечно быстро — одной мерой — бригада отчетов инженеров и физиков. Штуковина не приведет к мгновенной коммуникации — известное ограничение скорости теории Альберта Эйнштейна относительности остается в силе — но это могло иметь множество использования, включая служение в качестве элемента в типе оптической схемы.«Демонстрация такой вещи определенно очень интересна и возможно полезна», говорит Вэньшань Цай, инженер-электрик в Технологическом институте штата Джорджия в Атланте, не вовлеченный в работу.
В пустом месте свет всегда путешествует в 300 000 000 метров в секунду. В материале, таком как стекло, это путешествует медленнее.
Отношение скорости света в вакууме к его скорости в материале определяет «индекс материала преломления», которое, как правило, больше, чем один. Однако ученые начали управлять взаимодействиями света и иметь значение для настройки индекса преломления странными способами, такими как создание его отрицательный, который приводит к необычному изгибу света.Теперь, Альберт Полмен, физик в Институте FOM Атомной и Молекулярной Физики в Амстердаме; Надер Энгета, инженер-электрик в Университете Пенсильвании; и коллеги осуществили особенно странный подвиг.
Они разработали крошечное устройство, в котором индекс преломления для видимого света является нолем — так, чтобы световые волны определенной длины волны переместились бесконечно быстро.Устройство состоит из прямоугольного бруска изолирования диоксида кремния 85 миллимикронов толщиной и 2 000 миллимикронов длиной окруженный путем способствования серебра, которые освещают, обычно не проникает. Результатом является передающая свет камера, названная волноводом. Исследователи вылепили различные устройства, в которых ширина диоксида кремния колебалась от 120 до 400 миллимикронов, как они сообщают в газете в прессе в Physical Review Letters.
Свет ведет себя по-другому в таком волноводе, потому что электромагнитные поля должны повиноваться определенным «пограничным условиям» на сторонах устройства. Свет короткой длины волны подпрыгивает назад и вперед между хвостами гида, и пиками и углублениями противоразмножающегося наложения световых волн для создания образца ярких и темных полос во многом как образцы давления со звонящей трубой органа. Выше «бессточной» длины волны свет не течет вообще.
Прямо в бессточной длине волны, вещи становятся интересными. Вместо того, чтобы произвести полосчатый образец, целый волновод освещает. Это означает, что вместо того, чтобы действовать как волны с равномерно распределенными пиками, или «фронты фазы», волна ведет себя, как будто ее пики перемещаются бесконечно быстро и везде сразу. Таким образом, свет колеблется в синхронии вдоль волновода.
Engheta и компания ранее создали индекс преломления ноля для радиации более длинной длины волны, названной микроволновыми печами. Повторение подвига для видимого света было более трудным, поскольку новый виджет является слишком маленьким для содержания источника света. Вместо этого исследователи, застреленные в луче электронов для генерации света всех длин волны в волноводе и, измерили свет, просачивающийся из него. Сумма света, сияющего в определенной длине волны, зависит от того, входит ли электронный луч в пункт, где должна быть темнота или яркое пятно для той длины волны.
Таким образом путем просмотра луча вдоль волновода и контроля вывода, исследователи проследили легкий образец в каждой длине волны. «Это – нанопроизводство и характеристика в своих лучших проявлениях», говорит Че Тинг Чан, физик в Гонконгском университете Науки и техники.Таким образом, как везде сразу световая волна не нарушает относительность? Свет имеет две скорости, объясняет Энгета. «Скорость фазы» описывает, как быстрые волны данного движения длины волны и «скорость группы» описывают, как быстро свет передает энергию или информацию. Только скорость группы должна остаться ниже скорости света в вакууме, Энгета говорит, и в волноводе, это делает.
Устройство могло иметь различное использование, говорит Энгета. Поскольку свет, просачивающийся из волновода, является всем в синхронизации, волновод мог бы быть согнут для формирования усика, испускающего световую волну с ваяемыми фронтами фазы, говорит он. Это могло бы также сделать трубопровод для желанного типа наноразмерной оптической схемы, говорит он.Множество таких волноводов могло бы даже сделать навалочный груз с нулевым индексом преломления.
Но производство того множества было бы очень сложно, Цай говорит: «В теории это легко; экспериментально это очень твердо».