Следы могут существовать везде, где есть волны, даже если это световые волны. Хотя ничто не движется быстрее скорости света в вакууме, свет не всегда находится в вакууме.
Возможно, что-то движется быстрее, чем фазовая скорость света в среде или материале, и порождает след. Самый известный пример этого — черенковское излучение, следы, возникающие, когда электрические заряды проходят через жидкости со скоростью, превышающей фазовую скорость света, испуская светящийся синий след.Впервые гарвардские исследователи создали аналогичные следы светоподобных волн, движущихся по металлической поверхности, названные поверхностными плазмонами, и продемонстрировали, что ими можно управлять и управлять ими.
Открытие, опубликованное сегодня в журнале Nature Nanotechnology, было сделано в лаборатории Федерико Капассо, профессора прикладной физики Роберта Л. Уоллеса и старшего научного сотрудника по электротехнике Винтона Хейса Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона. Наука (SEAS).«Способность управлять светом — мощная вещь, — сказал Капассо. "Наше понимание оптики на макроуровне привело к созданию голограмм, Google Glass и светодиодов, и это лишь некоторые из них.
Нанооптика — важная часть будущего нанотехнологий, и это исследование расширяет нашу способность контролировать и использовать возможности свет на наноуровне ".Создание и контроль поверхностного плазмонного следа может привести к появлению новых типов плазмонных элементов связи и линз, которые могут создавать двумерные голограммы или фокусировать свет на наноуровне.Поверхностные плазмоны ограничены поверхностью металла. Чтобы создать следы через них, команда Капассо разработала бегущую со скоростью быстрее света волну заряда по одномерному метаматериалу — как моторная лодка, мчащаяся по озеру.
Метаматериал, наноструктура вращающихся щелей, вытравленных в золотой пленке, изменяет фазу поверхностных плазмонов, генерируемых на каждой щели, относительно друг друга, увеличивая скорость бегущей волны. Наноструктура также действует как руль лодки, позволяя управлять спутным следом, контролируя скорость бегущей волны.Команда обнаружила, что угол падения света, падающего на метаматериал, обеспечивает дополнительную меру контроля, а использование поляризованного света может даже изменить направление следа относительно бегущей волны — как след, движущийся в направлении, противоположном направлению движения волны. лодка.
«Очень сложно контролировать свет и управлять им в масштабах, намного меньших длины волны света», — сказал Дэниел Винц, ведущий автор статьи и аспирант лаборатории Капассо. «Важно, что мы не только наблюдали за этими следами, но и нашли несколько способов их контролировать».Само наблюдение было сложным, поскольку «поверхностные плазмоны не видны ни глазом, ни камерами», — сказал со-ведущий автор исследования Антонио Амброзио из SEAS и Итальянского исследовательского совета (CNR). «Чтобы увидеть следы, мы использовали экспериментальную технику, которая выталкивает плазмоны с поверхности, собирает их с помощью волоконной оптики и записывает изображение».
Эта работа может стать новым испытательным стендом для изучения физики следа в самых разных дисциплинах. «Это исследование обращается к особенно элегантной и новаторской проблеме в физике, которая связывает различные физические явления, от водяных волн до звуковых ударов и излучения Черенкова», — сказал Патрис Женевет, ведущий автор, ранее работавший в SEAS, в настоящее время аффилированном с Сингапурским институтом производства. Технология.
Соавторами этой статьи являются Алан Ше из SEAS и Ромен Бланшар из SEAS и Eos Photonics.Это исследование было поддержано Национальным научным фондом и Управлением научных исследований ВВС США.
