Zatkanie otworu... zwiększa przepływ światła

23 listopada 2011, 18:28 | Astronomia/fizyka

światło · otwór · zatyczka

Intuicja podpowiada, że jeśli zatkamy otwór, przez który przedostaje się światło, to nie będzie ono mogło do nas dotrzeć. Tymczasem naukowcy z Purdue University dowiedli, że może zajść wówczas odwrotne zjawisko. Uczeni odkryli, że umieszczenie metalowego „korka" na otworach w cienkiej warstwie metalu powoduje, iż przez dziury będzie się przedostawało więcej światła.

Inżynier Stephen Chou i jego zespół wykorzystali warstwę metalu, w której znajdowały się otwory. Na każdym z nich umieścili złotą zatyczkę. Gdy z jednej strony warstwy zapalili światło i zbadali, co się dzieje po drugiej, okazało się, że przez powłokę przechodzi o 70% światła więcej niż wówczas, gdy dziury nie są zatkane.

Optyka mówi, że jeśli mamy metalową warstwę z bardzo małymi otworami i zatkamy je metalem, to transmisja światła zostanie całkowicie zatrzymana. Byliśmy bardzo zaskoczeni uzyskanymi wynikami - mówi profesor Chou.

Uczony zwraca uwagę, że jego odkrycie ma olbrzymie znaczenie dla optyki. Specjaliści muszą np. zastanowić się, czy obecnie stosowane techniki blokowania transmisji światła mają sens. W bardzo czułych instrumentach optycznych bardzo często pokrywa się szkło metalem, by zablokować światło. Cząsteczki kurzu, których obecności nie da się uniknąć przy produkcji metalowych powłok metodą osadzania z warstwy gazowej, powodują, że w warstwie metalu pojawiają się otwory. Dotychczas uznawano je za nieszkodliwe, gdyż cząsteczki były całkowicie pokryte metalem, co powinno całkowicie zablokować przepływ światła. Takie założenie okazuje się błędne. Tworząca się ten sposób metalowa zatyczka może nie blokować światła, ale znacznie zwiększać jego transmisję - mówi Chou.

Uczony przypomina też, że w fotolitografii światło, przepuszczane przez metalową maskę, tworzy pożądane wzory na krzemie i innych podłożach, blokując promienie tam, gdzie nie powinny padać. W związku z nowym odkryciem należy sprawdzić, czy światło na pewno jest blokowane tak, jak się uważa.

Z drugiej strony zwiększanie transmisji poprzez blokowanie otworu może się przydać w mikroskopii pola bliskiego. Niezwykle małe elementy ogląda się tam dzięki przepuszczaniu światła przez nanometrowy otwór. Jego zatkanie może spowodować zwiększenie transmisji światła, a zatem pozwoli na uzyskanie większej ilości informacji na temat obserwowanego obiektu.

Chou i jego zespół, gdy dokonali zdumiewającego odkrycia, pracowali nad niezwykle dokładnymi czujnikami chemicznymi. Podczas jednego z eksperymentów użyli warstwy metalu o grubości 40 nanometrów. Znajdowały się w niej otwory o średnicy 60 nm, oddalone od siebie o 200 nanometrów. Na każdym z otworów umieszczono złoty dysk, którego średnica była o 40% większa, niż średnica otworu. Pomiędzy dyskiem a powierzchnią metalu pozostawiono niewielką przerwę.

Naukowcy, chcąc się przekonać, czy taka struktura zablokuje światło, oświetlili metalową płytkę laserem i odkryli, że emisja światła zwiększyła się o 70%. Po oświetleniu jej z drugiej strony, z tej, na której umieszczono złote dyski, uzyskano taki sam wynik

Zdaniem Chou złote dyski działają jak anteny, odbierające i przekazujące fale elektromagnetyczne.

Autor: Mariusz Błoński

Źródło: Princeton University

Światło z próżni

17 listopada 2011, 19:50 | Astronomia/fizyka

lustro · próżnia · fotony

Naukowcy ze szwedzkiego Chalmers University of Technology stworzyli światło z... próżni. W ten sposób udowolnili prawdziwość teoretycznych założeń, które zaistniały w nauce przed 40 laty.

Utworzone przez uczonych fotony pojawiały się i znikały w próżni. Odkrycie opiera się na jednym z najbardziej niezwykłych założeń fizyki kwantowej, które mówi, że próżnia nie oznacza braku cząsteczek. W rzeczywistości jest ona pełna pojawiających się i znikających cząsteczek. Jako, że cząsteczki te są niezwykle ulotne, są uważane za cząsteczki wirtualne.

Christopher Wilson i jego zespół zmusili fotony, by przestały być wirtualne i stały się realne.

W 1970 roku pojawiła się teoria, że wirtualne fotony z próżni staną się fotonami realnymi, jeśli odbiją się od lustra, które porusza się niemal z prędkością światła.

Jako, że nie jest możliwe spowodowanie, by lustro poruszało się tak szybko, zastosowaliśmy inny sposób na osiągnięcie tego samego efektu - mówi profesor Per Delsing. Zamiast zmieniać fizyczną odległość od lustra, zmieniliśmy elektryczną odległość od obwodu elektrycznego, który działa jak lustro dla mikrofal.

Takie „lustro" składa się z niezwykle czułego nadprzewodzącego urządzenia do interferencji kwantowej (SQUID). Naukowcy miliardy razy w ciągu sekundy zmieniali kierunek pola magnetycznego, dzięki czemu „lustro" wibrowało z prędkością 1/4 prędkości światła.

W wyniku tego z próżni pojawiały się pary fotonów, mogliśmy je mierzyć jako promieniowanie mikrofalowe. Właściwości tego promieniowania były dokładnie takie, jakie przewiduje teoria kwantowa dla par fotonów pojawiających się w ten sposób - mówi Per Delsing.

Naukowcy wyjaśniają, że „lustro" przekazuje część swojej energii kinetycznej wirtualnym fotonom, dzięki czemu stają się one fotonami realnymi. Jako, że masa spoczynkowa fotonu wynosi 0, nie wymagają one zbyt dużej energii by przejść ze stanu wirtualnego do realnego. Teoretycznie z próżni można też uzyskać inne cząsteczki, jak protony czy neutrony, jednak wymaga to znacznie więcej energii niż w przypadku fotonów.

Autor: Mariusz Błoński

Źródło: Chalmers Instytute of Technology