Los electrones son tan del siglo XX. En el siglo XXI, los dispositivos fotónicos, que utilizan la luz para transportar grandes cantidades de información rápidamente, mejorarán o incluso reemplazarán los dispositivos electrónicos que son omnipresentes en nuestras vidas hoy en día. Pero se necesita un paso antes de la ópticalas conexiones se pueden integrar en los sistemas de telecomunicaciones y computadoras: los investigadores deben facilitar la manipulación de la luz a nanoescala.
Los investigadores de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences SEAS han hecho exactamente eso, diseñando el primer metamaterial en chip con un índice de refracción de cero, lo que significa que la fase de la luz puede viajar infinitamente rápido.
Este nuevo metamaterial se desarrolló en el laboratorio de Eric Mazur, profesor de física y física aplicada de Balkanski y decano de área de física aplicada en SEAS, y se describe en la revista Fotónica de la naturaleza .
"A la luz no le gusta que la expriman o manipulen, pero este metamaterial le permite manipular la luz de un chip a otro, exprimir, doblar, torcer y reducir el diámetro de un haz desde la macroescala a la nanoescala", dijo Mazur"Es una nueva forma notable de manipular la luz".
Aunque esta velocidad infinitamente alta suena como que rompe la regla de la relatividad, no lo hace. Nada en el universo viaja más rápido que la luz que transporta información; Einstein todavía tiene razón al respecto. Pero la luz tiene otra velocidad, medida por la velocidadlas crestas de un movimiento de longitud de onda, conocido como velocidad de fase. Esta velocidad de la luz aumenta o disminuye según el material por el que se mueve.
Cuando la luz pasa a través del agua, por ejemplo, su velocidad de fase se reduce a medida que sus longitudes de onda se aplastan juntas. Una vez que sale del agua, su velocidad de fase aumenta nuevamente a medida que su longitud de onda se alarga. Cuánto se desaceleran las crestas de una onda de luz enun material se expresa como una relación llamada índice de refracción: cuanto mayor es el índice, más interfiere el material con la propagación de las crestas de las ondas de luz. El agua, por ejemplo, tiene un índice de refracción de aproximadamente 1.3.
Cuando el índice de refracción se reduce a cero, comienzan a suceder cosas realmente extrañas e interesantes.
En un material de índice cero, no hay avance de fase, lo que significa que la luz ya no se comporta como una onda en movimiento, viajando a través del espacio en una serie de crestas y canales. En cambio, el material de índice cero crea una fase constante: todocrestas o todos los canales: se extienden en longitudes de onda infinitamente largas. Las crestas y los canales oscilan solo como una variable de tiempo, no como espacio.
Esta fase uniforme permite que la luz se estire o aplaste, gire o gire, sin perder energía. Un material de índice cero que se ajuste a un chip podría tener aplicaciones interesantes, especialmente en el mundo de la computación cuántica.
"Los circuitos fotónicos integrados se ven obstaculizados por el confinamiento de energía óptica débil e ineficiente en las guías de ondas de silicio estándar", dijo Yang Li, un becario postdoctoral en el Grupo Mazur y primer autor del artículo. "Este metamaterial de índice cero ofrece una solución para elconfinamiento de energía electromagnética en diferentes configuraciones de guía de onda porque su alta velocidad de fase interna produce una transmisión completa, independientemente de cómo esté configurado el material ".
El metamaterial consiste en conjuntos de pilares de silicio incrustados en una matriz de polímero y revestidos con una película de oro. Se puede acoplar a guías de onda de silicio para interactuar con componentes y chips fotónicos integrados estándar.
"En óptica cuántica, la falta de avance de fase permitiría a los emisores cuánticos en una cavidad o guía de onda de índice cero emitir fotones que siempre están en fase entre sí", dijo Philip Muñoz, un estudiante graduado en el laboratorio de Mazur y compañía.-autor en el papel: "También podría mejorar el enredo entre los bits cuánticos, ya que las ondas de luz entrantes se extienden efectivamente y son infinitamente largas, permitiendo que incluso partículas distantes se enreden".
"Este metamaterial en chip abre la puerta a explorar la física del índice cero y sus aplicaciones en óptica integrada", dijo Mazur.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Harvard . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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