Işığı enerji kaybına uğratmadan ileten “Metamateryal”

Çok yakında her gün uğraştığımız aşırı ısınan laptoplardan, telefonlardan ve tabletlerden kurturabiliriz.

Elektronlar devrelerin etrafında bilgi taşır ama enerji kaybeder ve aktarım sırasında ısınır. Onlar aslında şu anda bilgisayar dünyasında sahip olduğumuz en iyi şeylerdir. Ancak yakın gelecekte elektronlara elveda derken daha hızlı ve serin bir iletişim olan foton, ya da ışığa merhaba diyebiliriz. Bu teknolojiyi tüm evlerde ve her cepte bulana kadar bazı zorluklar elbette var. Ancak bu zorluklardan ve yine bu teknolojinin sınırlandırmalarından bir tanesi yeni bir metamateryalin geliştirilmesiyle çözüldü.

Metamateryal, özellikleri doğada gözlenmeyen bir madde. Bu durumda özel niteliği onun kırılan indeksi; yani bir araçta ışığın nasıl yayıldığını anlatan değeri. Su ve cam örneğini ele alalım; onların etrafında yolculuk ettikçe ışık ışınlarının bükülmelerine neden olurlar. Bu yüzden havuzlar her zaman gerçekte olduklarından daha sığ görünürler.

Bu yeni metamateryal, sıfırın kırılan indeksine sahip. Bu da materyalin içindeki ışık fazının son derece hızlı yolculuk edebileceği anlamına geliyor. Bunun yanında görecelik bu materyal tarafından ihlal edilmiyor. Işığın bir “grup hızı” ve “faz hızı” var. Grup hızında dalga uzaya yayılır, faz hızında ise dalgaların tepe noktası dalgalara göre hareket eder.

Bilgiyi taşıyan o olduğu için özel görecelik grup hızına sınırlandırma koyar. Hiçbir şey boşluktaki grup hızından daha hızlı gidemez. Faz hızı dalganın şeklini etkiler; daha yüksek kırılan indeks birbirine yakın tüm tepe noktalarını ezer.

Yeni materyal, faz ilerlemesini tamamen ortadan kaldırıyor. Tepe noktaları ve dalganın vadileri artık boşluğa doğru artık hareket etmiyor, sadece zamanda salınıyorlar. Bu mükemmel tek düze faz; ışığın enerji kaybına uğramadan bükülmesine, dönmesine, esnemesine, sıkışmasına olanak tanıyor.

Çiplerin üzerine uygulandığında bu materyal, biri diğeriyle birlikte sürekli fazın içinde olan fotonların yayılmasına da olanak tanıyor.

Doktora sonrası çalışma sürecinde olan Yang Li konu hakkında şunları ifade ediyor: “Entegre fotonik devreler, standart silikon dalga klavuzunda zayıf ve yetersiz optik enerji sınırlandırması ile engellenmiştir. Bu sıfır-indeks metamateryal, elektromanyetik enerjinin sınırlandırmasına bir çözüm sunar. Çünkü onun yüksek iç faz hızı, materyalin nasıl yapılandırıldığından bağımsız olarak, tam aktarım üretir. ”

Bu yeni materyal, Harvard Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’nda geliştirildi. Konuya dair detaylı bilgiler Nature Photonics’te yayınlandı.

Fotoğraf: Peter Allen/Harvard SEAS
Haber kaynağı: http://www.iflscience.com/new-metamaterial-transmits-light-no-energy-loss