Metal tvinger lyset til at vende tilbage

Forskere demonstrerer første gang negativt brydningsindeks i et ikke-metamateriale

En stråle brydes til venstre i metallet med et negativt brydningsindeks (til venstre), i et almindeligt materiale bevæger strålen sig kun lidt til højre (billede til højre). © TU Wien
læst op

Almindelige metaller som kobolt eller jern kan tvinge lys til at "vende tilbage" - når du lægger det i et magnetfelt. De bryder derefter lyset omvendt end normalt. Dette rapporteres af et tysk-østrigsk forskerteam nu i tidsskriftet "EPL". Deres opdagelse afslører en tidligere ukendt egenskab ved metaller, men åbner også en sti til nye optiske enheder og materialer.

Alt hvad du skal gøre er at stikke en lige stang i vandet for at se effekten: ved grænsefladen mellem vand og luft ændrer lyset retning: Stangen ser ud som om den er bøjet ved vandoverfladen. Denne brydning skyldes, at lyset bevæger sig i forskellige hastigheder i begge materialer. "Brydningsindekset angiver, hvor meget lyset afbøjes. Typisk er det 1 - som i vakuum eller luft - eller derover - som i de fleste gennemsigtige stoffer, "forklarer Andrei Pimenov fra Wiens teknologiske universitet. Det har været spekuleret i årevis, hvilke nye egenskaber der kan have materialer, hvis brydningsindeks er negativ. Når man passerer ind i et sådant materiale, ville lyset så at sige vende om og blive brudt omvendt end normalt sker.

Mikrobølgeovn imm magnetfelt

Forskerne opnåede også denne effekt for første gang med et metal - med et tilsyneladende simpelt trick: "Vi udsætter metallet for et stærkt magnetfelt og bestråler det med lys, " siger Pimenov. Som lys brugte forskerne mikrobølger med en bestemt bølgelængde. Magnetfeltet får metalfoliens atomer til at vibrere minutiøst. Denne effekt sikrer, at lyset i metallet afbøjes i den modsatte retning - som om et spejl blev installeret inde i metallet.

Tidligere kun muligt som fotomontage: En smule som denne, en væske med et negativt brydningsindeks (til højre) ser ud som normalt vand (venstre). TU Wien

Indtil videre var en sådan effekt kun kendt af såkaldte metamaterialer. Disse stoffer består af specielle mikrostrukturer, der ikke forekommer i naturen. De skal derfor fremstilles relativt arbejdsvilligt i laboratoriet. Fra disse metamaterialer kan for eksempel linser med høj opløsning opbygges. Imidlertid kunne metaller forenkle fremstilling og anvendelse af disse linser, siger forskeren.

Stealth hætter og nye linser

Fra materialer, der bryder lyset "baglæns", kunne man teoretisk endda konstruere stealth caps. Forskere viste allerede dette i 2006 i tidsskriftet "Science". I hendes model styrede et metamateriale lysstrålene omkring et objekt på en sådan måde, at det så ud til at forsvinde for en seer. Alligevel er sådanne "stealth caps" kun mulige i modellen. Men langt mere gennemførligt er nye optiske linser, siger forskerne. Opløsningen af ​​almindelige linser er begrænset af den anvendte bølgelængde: Med meterlange radarbølger kan du ikke fotografere en sommerfugl, bølgerne fanger ikke det lille objekt. udstilling

Men hvis linsen tvinger lyset ind i den "baglæns" bane, ændrer dette sig: Med et materiale, der har et negativt brydningsindeks, kunne du teoretisk opnå en vilkårlig god opløsning opnå, ”siger Pimenov. Før de kan konstruere sådanne linser ved hjælp af deres metaller, er forskerne dog stadig nødt til at overvinde en hindring: Indtil videre absorberer metallet stadig for meget lys under brydning. Her skal man nu finde måder at kompensere for, siger forskerne. (EPL, 2011, DOI: 10.1209 / 0295-5075 / 95/37005)

(TU Wien, 19.08.2011 - NPO)