Nanostacks trik světla lomu

Fyzici vyrábějí první trojrozměrné optické metamateriály na světě

Schematické znázornění 3D metamateriálu © University of Stuttgart, Noack / MPI
číst nahlas

Metamateriály revolucionizovaly svět optiky teprve před několika lety. Jedná se o nanostruktury, většinou ze zlata nebo stříbra, zapuštěné do skla a mnohem menší než vlnová délka světla. Výzkumníkům se nyní podařilo vyrobit první trojrozměrné metamateriály pro rozsah optické vlnové délky. V časopise Nature Materials referují o procesu, který by nakonec mohl dokonce umožnit optické zakrytí.

Děti již znají fenomén lomu: Pokud držíte rybičku v rybníku, vypadá to, jako by byl ohnutý pod vodou. Důvodem je index lomu vody, který je vyšší než index vzduchu. Skleněné čočky také fungují z tohoto principu, z něhož lze vyrobit brýle, dalekohledy a čočky pro fotoaparáty a mikroskopy. Ve 20. století byly možnosti optiky v této oblasti vyčerpány až na hranici svých možností.

Před třemi lety však vývoj prvních metamateriálů katapultoval optiku do nových dimenzí. Často jen několik desítek nanometrů „velkých“ struktur znamená, že průměry světelné vlny nad strukturami a mezerami a nanostrukturou se chovají jako nový umělý materiál.

Index lomu se zmenší na nulu

To fyzikům umožnilo poprvé vyrobit materiály, které mají index lomu menší než nula. Pokud by někdo měl metamateriální tekutinu se záporným indexem lomu, tyč popsaná ve výše uvedeném příkladu by se nejen ohýbala, ale dokonce by se zrcadla současně.

Metamateriály využívají fyzický jev: světlo je elektromagnetická vlna. Od roku 2004 bylo možné poprvé změnit magnetické vlastnosti světla. Trik je docela jednoduchý: uspořádáte nanostruktury v metamateriálech jako malé rezonanční obvody skládající se z cívek a kondenzátorů. Takový rezonanční obvod má například tvar „U“. zobrazit

Výsledkem kombinace elektrických a magnetických vlastností materiálu je záporný index lomu. Zpočátku však z malých kovových konstrukcí mohly být vyrobeny pouze relativně jednoduché vrstvy. Čočky s negativním indexem lomu však vyžadují objemné materiály.

Je možný jakýkoli stoh tlustých vrstev

Nyní, v laboratoři nanostruktur na Univerzitě ve Stuttgartu, se vědcům v čele s profesorem Haraldem Gießenem ze 4. fyzikálního institutu podařilo vyrobit první trojrozměrné metamateriály na světě pro rozsah optických vlnových délek. Stuttgartská metoda je vhodná pro výrobu libovolně tlustých a přesně uspořádaných svazků vrstev. Aplikace vyplývající z nových metamateriálů ještě nejsou zcela jasné.

Vědci očekávají ale dokonalé čočky, které umožní ještě lepší mikroskopy a překonají Abbe'scheho difrakční limit. Měly by být možné i optické kryty stealth, díky nimž budou neviditelné celé objekty. V příštích třech letech budou vědci ve Stuttgartu dále zkoumat možnosti ve spojení s Institutem Maxe Plancka pro výzkum v pevné fázi a s univerzitami v Karlsruhe a Jeně.

(idw - University Stuttgart, 05.12.2007 - DLO)