Seltsame Licht-Biege-Experiment wird Wissenschaftler in "Coneheads"

In eine knifflige und Licht-Biege-, Entdeckung haben Wissenschaftler produziert eine Spaß-Haus-wie Krümmung des Lichts, die bestehenden Gesetze der Physik trotzt.

Jahrhundertelang haben einfache Gleichungen (unterrichtet jedes Jahr zur High School Physik-Studenten) wie Licht durchläuft verschiedene Medien, z. B. von Luft in Glas beschrieben. Nun jedoch haben Forscher festgestellt, dass wenn die Grenze zwischen Medien (in diesem Fall, beschichtet mit Nanogrösse Drähte) ausreichend komplex ist, diese Gesetze nicht mehr gelten.

Die Entdeckung veranlasste die Physiker, die traditionelle Gleichungen um die Eigenschaften der Grenzfläche berücksichtigen neu zu schreiben. In den meisten Fällen, wo diese gezwickt Gleichungen gelten, die neuen Gesetze zu vereinfachen, zurück zu ihren traditionellen Formen, aber manchmal, sie zeigen, dass Licht in unglaublich seltsame Art und Weise Verhalten kann.

"Designer Oberflächen verwenden, wir die Auswirkungen der ein Lachkabinett Spiegel auf einer flachen Ebene erstellt haben," sagte der Forscher Federico Capasso von der Harvard School of Engineering and Applied Sciences in einer Erklärung. "Unsere Entdeckung trägt Optik in Neuland und öffnet die Tür zu spannenden Entwicklungen in der Photonik-Technologie."

Zusätzlich zu schüren die Gesetze der Physik, konnten die neue Erkenntnis der Forscher einige verrückte Bilder erstellen. Zum Beispiel simulierten sie ein Bild ihrer Labor-Gruppe, wie es in einem Spiegel mit Nano-Drähte überzogen erscheinen würde. Das Ergebnis: ein Porträt von Conehead suchen Wissenschaftler. [Siehe Bilder]

Lichtgeschwindigkeit

Während Einsteins Spezielle Relativitätstheorie zeigte, dass die Lichtgeschwindigkeit eine allgemeine Geschwindigkeitsbegrenzung darstellt, bedeutet das nicht, dass Licht in verschiedenen Materialien unterschiedlich schnell reisen kann. Zum Beispiel, wenn Licht durch ein Medium wie Glas oder Wasser reist, reist es langsamer als beim Umzug durch ein Vakuum (das ist, wenn es bewegt sich mit dem Merkmal "Lichtgeschwindigkeit" – etwa 671 Millionen Meilen pro Stunde oder 1080 Millionen Kilometer pro Stunde).

Die Gesetze der klassischen Physik beschreiben wie Übergang von einem Medium zum anderen bewirkt, dass Licht brechen, oder die Richtung ändern. Diese Gesetze ignoriert die Grenze zwischen den beiden Medien, da die Grenze offenbar nicht zu ändern, wie sich das Licht bewegt.

Aber in einem kürzlich durchgeführten Experiment Capasso Lab, die Forscher zeigten, dass die Grenze ein spezielles Muster enthält, in diesem Fall ein Array von winzigen gold Antennen, geätzt in die Oberfläche des Siliziums, diese Gesetze nicht mehr anwenden.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Antennen vorübergehend das Licht gefangen hält seine Energie für eine kurze Zeit vor der Freigabe. Durch Strukturierung der Grenze mit verschiedenen Arten von diesen Antennen, konnten die Forscher das Licht biegen, bevor es sogar das Silizium eingetragen. Je nach Muster die Licht reflektieren und brechen auf bizarre Art und Weise.

"Normalerweise eine Oberfläche wie die Oberfläche eines Teiches einfach eine geometrische Grenze zwischen zwei Medien, Luft und Wasser, ist", sagte Studienleiter Nanfang Yu, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Capasso Labor. "Aber jetzt, in diesem speziellen Fall die Begrenzung wird eine aktive Schnittstelle, die das Licht selbst gebogen werden kann."

Neufassung der Gesetze

Nach ihrer Experimente ging die Physiker zurück ans Reißbrett, die traditionelle leichte Gleichungen neu zu formulieren. Neue Begriffe hinzugefügt sie die Gleichungen repräsentieren die Wirkung der Grenze zwischen zwei Medien, um ihre Erkenntnisse zu berücksichtigen.

"Durch die Integration einer Steigung von Diskontinuitäten Phase über die Schnittstelle, die Gesetze der Reflexion und Refraktion werden Designer Gesetze, und eine Reihe neuer Phänomene erscheinen," sagte Zeno Gaburro, visiting Scholar in Capasso Labor. "Der reflektierte Strahl kann rückwärts statt vorwärts springen. Sie können negative Brechung erstellen."

Letztendlich fanden die Wissenschaftler, dass die Grenze zu manipulieren Farbe (Frequenz der Lichtwellen), Helligkeit (Amplitude) und Polarisation des Lichts erstelle ich maßgeschneiderte verrückte Lichtstrahlen ändern kann. Ein solcher Strahl das Team ist es, in Herstellung gelungen produziert einen Korkenzieher-förmigen Strom von Licht aus einer flachen Oberfläche.

Die Forscher sagen, dass ihre Feststellung zu einer Vielzahl von Anwendungen bei der Herstellung von Linsen und Optiken führen könnte. Sie melden ihre Entdeckung in der 2. September-Ausgabe der Zeitschrift Science.

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