Создан материал с нулевым коэффициентом преломления

Микрофотография метаматериала
Фото: Zhang et.al, "Phase Mismatch–Free Nonlinear Propagation in Optical Zero-Index Materials", Science, 2013

Ученые из университета Калифорнии в Беркли разработали метаматериал, который обладает нулевым коэффициентом преломления. Слоистая структура из фторида магния и кремния может найти применение в фотонике и квантовых компьютерах. Подробности со ссылкой на публикацию в журнале Science приводит официальный сайт Национальной лаборатории Лоуренс-Беркли.

Метаматериалами называют объемные упорядоченные структуры, составленные из деталей размером меньше длины волны того излучения, для управления которым этот материал разработан. Авторы новой разработки использовали последовательные слои из фторида магния и золота. Каждый слой имел толщину около 50 нанометров (длина волны видимого света от 770 до 380 нанометров) и был не сплошным, а с расположенными в виде квадратной сетки крестообразными отверстиями.

Параметры метаматериала были подобраны так, чтобы возникающие при прохождении световой волны электрические заряды на его поверхности и между слоями заданным образом меняли эту волну. В результате удалось добиться того, что проходящий через образец лазерный импульс не испытывал фазового сдвига, который возникает в обычных материалах из-за того, что скорость света в веществе отличается от скорости света в вакууме и свет неизбежно запаздывает при прохождении через стекло или иной материал. Нулевой сдвиг фаз может пригодиться для создания элементов оптических вычислительных систем.

Кроме того, ученые показали возможность использовать метаматериал для повышения эффективности оптических элементов, использующих явления нелинейной оптики. В перспективе, это может пригодиться для получения запутанных пар частиц для квантовых вычислений. При взаимодействии двух лучей от разных лазеров в образце возникало излучение на другой длине волны (если бы использовался видимый, а не инфракрасный диапазон, то корректно было бы говорить «другого цвета») и оно равно эффективно распространялось в обоих направлениях, хотя в обычных материалах такой свет распространяется преимущественно в одну сторону.

Нулевой коэффициент преломления в данной работе соответствовал сдвигу фаз и не означал того, что скорость света в веществе была такой же, как и вакууме. Кроме того, поскольку метаматериал представлял собой стопку слоев заданной формы, его нельзя было приспособить для создания оптических элементов произвольной формы.