 Когда утка проплывает через пруд или, когда сверхзвуковой самолет летит по небу, они оставляет след на своем пути. Следы возникают всякий раз, когда объект движется в среде быстрее, чем волны, которые он создает - в случае утки водяные волны, а в случае самолета ударные волны, иначе известные как звуковые удары.
Волновые следы могут существовать там, где есть волны, даже если это волны света. В то время как ничто не движется быстрее, чем скорость света в вакууме, свет не всегда располагается вакууме. Можно заставить что-то двигаться быстрее, чем фазовая скорость света в среде или материале и генерировать след. Наиболее известным примером этого является излучение Черенкова, где волновые следы производятся в виде электрических зарядов, которые путешествуют через жидкость быстрее, чем фазовая скорость света, испуская светящиеся синий след.
Впервые исследователи из Гарварда создали подобные следы волн, движущихся на металлической поверхности, называемые поверхностными плазмонами, и показали, что они могут контролировать и управлять им. Открытие было сделано в лаборатории Федерико Капассо.
«Способность контролировать свет является очень мощной», сказал Капассо. «Наше понимание оптики на макроуровне привело к голограммам, Google Glass и светодиодам. Нано-оптика является большой частью будущего нанотехнологий, и это исследование способствует нашей способности контролировать и использовать энергию света на наноуровне.
Создание и управление поверхностных плазмонными следами может привести к новым типам плазмонных стяжек и линз, которые могли бы создать двумерные голограммы или фокусировки на наноуровне.
Поверхностные плазмоны привязаны к поверхности металла. Для того чтобы создатьволновые следы через них, команда Капассо спроектировали бегущую волну заряда со сверхсветовой скоростью вдоль одномерного метаматериала – подобно тому, как моторная лодка превышает скорость поперек озера.
Метаматериал, представляющий собой наноструктуру повернутых щелей, выгравированных на золотой пленке, изменяет фазу поверхностных плазмонов, образующихся на каждой щели относительно друг друга, увеличивая скорость бегущей волны. Наноструктуры также действует как руль лодки, позволяя управлять волновыми следами путем регулирования скорости бегущей волны.
Команда обнаружила, что угол отражения света, попадающего на метаматериала, обеспечивает дополнительную меру контроля, и использование поляризованного света может даже обратить вспять направление следа по отношению к бегущей волне – подобно волновому следу, путешествующему в противоположном направлении лодки.
Возможность контролировать и манипулировать светом в гораздо меньших масштабах, является более трудной. Важен, то факт, что ученые не только наблюдали эти волновые следы, но и нашли несколько способов их контроля и направления.
Наблюдение само по себе было трудным, поскольку поверхностные плазмоны не видны на глазу или фотокамере. Для того, чтобы просмотреть волновые следы, исследователи использовали экспериментальный метод, который притягивает плазмоны к поверхности, собирает их с помощью волоконной оптики и записывает изображение.
Эта работа может стать новым испытательный стендом для физики волнового следа в различных дисциплинах. Исследование затрагивает особенно элегантную и инновационную проблему в физике, которая соединяет различные физические явления, от волн на воде, до звуковых ударов и излучения Черенкова.
|
