Nieuw materiaal geeft zichtbaar licht een oneindige golflengte (AMOLF)
Hoogtepunt 2013 AMOLF: Nr. MBA - Mission budget AMOLF
Onderzoekers van FOM-instituut AMOLF en de University of Pennsylvania hebben een kunstmatig materiaal gefabriceerd met optische eigenschappen die niet in de natuur voorkomen. Deze optische eigenschappen worden in dit materiaal niet bepaald door de atomaire structuur, maar door een structuur op de metaschaal: tussen de atomaire roosterafstand en de golflengte van licht.
Oneindige golflengte
Het metamateriaal bestaat uit dunne lagen van zilver en siliciumnitride, die als een sandwich gestapeld zijn. Omdat de dikte van elke laag kleiner is dan de golflengte van zichtbaar licht, zijn de effectieve optische eigenschappen een combinatie van de eigenschappen van het metaal en van het diëlektrische materiaal.
De manier waarop licht door materie reist, is afhankelijk van de permittiviteit: de weerstand van het materiaal tegen de elektrische velden van de lichtgolven. Door gebruik te maken van het feit dat de permittiviteit van zilver negatief is en die van siliciumnitride positief, konden de onderzoekers de effectieve permittiviteit nauwkeurig beïnvloeden. Zij maakten zo een materiaal met een permittiviteit die effectief gelijk is aan nul. Daardoor lijkt het alsof het licht geen weerstand ondervindt, en zich daardoor met een oneindige fasesnelheid voortplant. De effectieve golflengte van het licht gaat dan naar oneindig.
De onderzoekers maakten dit materiaal door gebruik te maken van een combinatie van opdampen en focused ion beam milling. Met een speciaal gebouwde interferometer bewezen de onderzoekers dat het licht zich in het metamateriaal inderdaad voortplant zónder dat de fase sterk verandert, dus met een oneindige golflengte.
Optische eigenschappen
De onderzoekers hebben aandacht besteed aan de vraag hoe de optische eigenschappen veranderen wanneer de laagdiktes veranderen. Ook bepaalden zij hoe licht dat onder verschillende hoeken op het materiaal valt zich voortplant.
Metamaterialen kunnen toepassingen vinden in geïntegreerde optische circuits, lasers, leds en zonnecellen. Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Photonics.