พิสูจน์ทฤษฎีความเร็วแสง

งานวิจัยของพวกเขาเป็นผลงานล่าสุดในชุดของการค้นพบล่าสุดที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ของแสงและสสารในระดับอะตอม และเป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่าวัสดุซึ่งเป็น "เมตาอะตอม" ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษของทองคำและซิลิกอนออกไซด์ สามารถส่งแสงผ่านแบนด์วิธที่กว้างและด้วยความเร็วที่เข้าใกล้อนันต์ ความสามารถด้านบรอดแบนด์ของเมตาอะตอมอาจนำไปสู่ความก้าวหน้าในอุปกรณ์ออปติคัลซึ่งปัจจุบันใช้ความถี่เดียวในการส่งผ่านแสง นักวิจัยกล่าว Dr. Jie Gao และ Dr. Xiaodong Yang ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลแห่ง Missouri S&T และ Dr. Lei กล่าวว่า "เมตาอะตอมเหล่านี้สามารถรวมเข้าด้วยกันเป็นองค์ประกอบพื้นฐานสำหรับส่วนประกอบออปติคัลที่แปลกใหม่ซึ่งมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่แปลกใหม่ในช่วงความถี่กว้าง" อาทิตย์ นักวิชาการรับเชิญที่มหาวิทยาลัย นักวิจัยได้อธิบายถึงการออกแบบ ระดับอะตอมของพวกเขาในวารสารPhysical Review B ฉบับล่าสุด นักวิจัยได้สร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของเมตาอะตอม ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความกว้าง 100 นาโนเมตรและสูง 25 นาโนเมตรที่ผสมทองคำและซิลิกอนออกไซด์ในลักษณะขั้นบันได นาโนเมตรเป็นหนึ่งในพันล้านเมตรและมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนกำลังสูงเท่านั้น ในการจำลองนั้น นักวิจัยวางเมตาอะตอม 10 อะตอมซ้อนกัน จากนั้นยิงแสงผ่านพวกมันด้วยความถี่ต่างๆ พวกเขาพบว่าเมื่อแสงสัมผัสกับวัสดุในช่วงระหว่าง 540 เทราเฮิรตซ์ถึง 590 เทราบิตซ์ แสงจะ "ยืด" เป็นเส้นเกือบตรงและบรรลุ "การอนุญาตที่มีประสิทธิภาพ" ซึ่งเรียกว่าเอปไซลอนใกล้ศูนย์ การอนุญาตที่มีประสิทธิภาพหมายถึงอัตราส่วนของความเร็วของแสงผ่านอากาศต่อความเร็วของมันเมื่อผ่านวัสดุ ตัวอย่างเช่น เมื่อแสงเดินทางผ่านกระจก ค่าการอนุญาตที่มีประสิทธิภาพคือ 2.25 ผ่านอากาศหรือสุญญากาศของอวกาศ อัตราส่วนคือหนึ่ง อัตราส่วนนั้นคือสิ่งที่โดยทั่วไปเรียกว่า ความเร็วแสง เมื่อแสงผ่านเมตาอะตอมที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมที่อธิบายโดย Gao และ Yang การอนุญาตที่มีประสิทธิภาพของมันจะมีอัตราส่วนใกล้ศูนย์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง แสงเดินทางผ่านตัวกลางของวัสดุที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเหล่านี้ได้เร็วกว่าความเร็วแสง มันเดินทาง "เร็วอย่างไม่มีที่สิ้นสุด" ผ่านตัวกลางนี้ Yang กล่าว เมตาอะตอมยังยืดแสง วัสดุอื่นๆ เช่น แก้ว มักจะบีบอัดคลื่นแสง ทำให้เกิดการเลี้ยวเบน ปรากฏการณ์ที่ยืดออกนี้หมายความว่า "คลื่นของแสงสามารถทะลุผ่านรูเล็กๆ ได้" Yang กล่าว "เปรียบเหมือนการบีบช้างให้ผ่านช่องเล็กพิเศษ" ความยาวคลื่นของแสงที่กระทบเมตาอะตอมเดี่ยวคือ 500 นาโนเมตรจากพีคถึงพีค หรือยาวเป็น 5 เท่าของเมตา-อะตอมที่ออกแบบมาเป็นพิเศษของ Gao และ Yang ซึ่งมีความยาว 100 นาโนเมตร ในขณะที่ทีม S&T ของรัฐมิสซูรียังไม่สามารถสร้างเมตาอะตอมที่แท้จริงได้ พวกเขากล่าวว่างานวิจัยของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าวัสดุดังกล่าวสามารถสร้างและใช้สำหรับการสื่อสารด้วยแสง การประมวลผลภาพ การเปลี่ยนเส้นทางพลังงาน และสาขาใหม่อื่นๆ เช่น เลนส์แบบปรับตัวได้ ปีที่แล้ว Albert Polman จากสถาบัน FOM Institute for Atomic and Molecular Physics ในอัมสเตอร์ดัม และ Nader Engheta วิศวกรไฟฟ้าแห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย ได้พัฒนาอุปกรณ์ท่อนำคลื่นขนาดเล็ก ซึ่งคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นเดียวยังบรรลุเอปไซลอนใกล้ศูนย์อีกด้วย แต่งานของนักวิจัย S&T ของรัฐมิสซูรีเป็นผลงานชิ้นแรกที่แสดงให้เห็นเอปไซลอนใกล้ศูนย์ในบรอดแบนด์ 50 เทราเฮิรตซ์ Gao กล่าวว่า "การออกแบบนี้ใช้งานได้จริงและเหมือนจริง โดยมีศักยภาพในการสร้างเมตาอะตอมจริงได้" Yang เสริมว่า: "ด้วยการวิจัยนี้ เราได้เติมเต็มช่องว่างจากภาคทฤษฎีสู่ภาคปฏิบัติ" ด้วยกระบวนการที่เรียกว่าการสะสมลำแสงอิเล็กตรอน นักวิจัยได้สร้างแผ่นเวเฟอร์แบบฟิล์มบางจากเมตาอะตอม 13 อะตอมที่วางซ้อนกัน แต่วัสดุเหล่านั้นมีองค์ประกอบเหมือนกันแทนที่จะจัดในลักษณะขั้นบันไดของเมตาอะตอมที่จำลองขึ้น