Een kompasnaald voor licht
Een team van wetenschappers werkzaam bij het FOM-instituut AMOLF in Amsterdam heeft in samenwerking met LioniX BV een sensor ontwikkeld die het magneetveld van licht zichtbaar kan maken. Dit magneetveld is zelf erg moeilijk te detecteren omdat het nauwelijks interactie heeft met materie. De nu ontwikkelde sensor zet het magneetveld eerst om in een elektrische trilling, die vervolgens kan worden gemeten met een fotodiode. Deze doorbraak is van groot belang voor het onderzoek naar nieuwe nanostructuren waarmee zogenaamde onzichtbaarheidsmantels kunnen worden gemaakt. Deze mantels, die zelf onzichtbaar zijn, maken een voorwerp waar ze omheen worden geplaatst ook onzichtbaar. Bij dit onderzoek speelt het manipuleren van het optische magneetveld een centrale rol. Het nauwkeurig in kaart brengen van die velden is dan ook cruciaal. De onderzoeksresultaten van de AMOLF-onderzoekers worden binnenkort gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift Science en staat per 1 oktober online op 'ScienceExpress'.
Het magneetveld dient vaak als voorbeeld om krachten en velden uit te leggen. In een populair proefje ligt er een staafmagneet stil op tafel en er wordt een kompas over de tafel geschoven. Afhankelijk van waar het kompas zich bevindt ten opzichte van de magneet, wijst de kompasnaald in een bepaalde richting. Zo kunnen we op iedere plek de richting van het magneetveld visualiseren. Dit proefje is zo makkelijk en instructief, omdat de kracht van een permanente magneet zo sterk is. Dit beeld verandert compleet als we naar zeer snel trillende magneetvelden kijken.
Licht is een elektromagnetische golf, waarin een elektrisch veld en een magneetveld met een gigantisch hoge frequentie trillen (ongeveer 300 biljoen keer per seconde). Bij deze hoge frequentie bemerken we eigenlijk alleen nog het elektrische veld; het magneetveld heeft een volstrekt verwaarloosbare wisselwerking met in de natuur voorkomende materialen. Als we licht zien, 'zien' we het elektrische veld; we zijn blind voor het magneetveld. Als er geen wisselwerking is tussen materie en magneetvelden met zulke hoge frequenties, lijkt het onmogelijk om het magneetveld van het licht te bestuderen.
De sensor die het Amsterdamse team ontwikkelde, is gebaseerd op een principe dat de Duitse natuurkundige Heinrich Hertz meer dan 120 jaar geleden voor het eerst demonstreerde. Als een metalen ring in een wisselend magneetveld wordt geplaatst, zal er een wisselende stroom door de metalen ring gaan lopen. Een alledaagse transformator is overigens gebaseerd op ditzelfde principe van magnetische inductie. Door in de ring een kleine spleet te maken, waardoor de stroom niet volledig om de ring kon lopen, kon Hertz de aanwezigheid van het wisselende magneetveld in radiogolven waarnemen als kleine vonkjes die over deze spleet sprongen. De Amsterdamse sensor werkt precies hetzelfde, maar omdat de golflengte van licht veel kleiner is dan die van radiogolven, is ook de sensor veel kleiner (1000 maal dunner dan een menselijke haar). De onderzoekers hebben nu een kompasnaald in handen om het magneetveld van het licht te bestuderen met een resolutie die beter is dan de golflengte van het licht.
Referentie
Probing the magnetic field of light at Optical Frequencies, M. Burresi, D. van Oosten, T. Kampfrath, H. Schoenmaker, R. Heideman, A. Leinse en L. Kuipers.
Per 1 oktober 2009 te vinden op ScienceExpress.
Kijk ook op: http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1177096
Informatie
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:
Prof. dr. Kobus Kuipers, telefoon (020) 754 71 94.
Melissa van der Sande, telefoon (020) 754 72 34.