انتشار نور با سرعت بی‌نهایت در یک نانوابزار
گروهی از فیزیک‌دانان و مهندسان از انتشار نور مرئی با سرعتِ بی‌نهایت درون یک قطعه‌ی نانو‌متری خبر می‌دهند. این وسیله موجب برقراری ارتباطِ آنی نمی‌شود (حد بالای سرعت مطابق نظریه نسبیت اینشتین هم‌چنان برقرار است) اما کاربردهای مختلفی برای نمونه، در ساخت مجموعه مدار اپتیکی دارد.
وِنشان کای، مهندس برق در مؤسسه جورجیا می‌گوید: اثبات چنین موضوعی در عین جالب بودن، بسیار مفید می‌باشد.
همواره در خلأ نور با تندی ۳۰۰٫۰۰۰٫۰۰۰ متر بر ثانیه انتشار می‌یابد. در یک ماده مثل شیشه نور با تندی کم‌تری منتشر می‌شود. نسبت تندی نور در خلأ به تندی نور در ماده ضریب شکستِ محیط نامیده می‌شود که مشخصاً بزرگتر از یک می‌باشد. به هر حال دانشمندان به بررسی برهمکنش نور با ماده پرداخته اند تا ضریب شکست‌های عجیب و غریبی از جمله ضریب شکستِ منفی بدست آورند. ضریب شکستِ منفی به خمشِ نور منجر می‌شود.
هم اکنون آلبرت پولمن، فیزیکدانی عضو مؤسسه FOM در آمستردام و نادر انقطاع مهندس برق ایرانی در دانشگاه پنسیلوانیا به همراه همکارانشان موفق به انجام کار بزرگی شده اند. آن‌ها وسیله‌ای کوچک ساخته اند که ضریب شکست نور مرئی در آن صفر می‌باشد به همین منظور امواج نوری با طول موجی خاص بسیار سریع حرکت می‌کنند.
این وسیله میله‌ای مستطیلی شکل از جنس سیلیکون دی اُکسید (نارسانا) با ابعاد ۲۰۰۰ نانومتر طول و ۸۵ نانومتر ضخامت می‌باشد که توسط نقره (رسانا) احاطه شده است. به دلیل خاصیت رسانا نور نمی‌تواند از دیوارهٔ از جنسِ نقره خارج شود. در نتیجه محیطِ انتقال دهندهٔ نوری به اسم موج‌بر داریم. محققان با انتخاب پهنای سیلیکون دی اُکسید از ۱۲۰ تا ۴۰۰ نانومتر، وسایل گوناگونی ساختند. آن‌ها گزارش کار خود را در مجله فیزیکال ریویو لِتِر بیان می‌کنند.
در چنین موج‌بری چون که میدان‌های الکترومغناطیسی بایستی از شرایطِ مرزی معینی روی دیواره‌های موج‌بر تبعیت کنند، نور به شکل متفاوتی رفتار می‌کند،. نور با طول موج کوتاه بین دو انتهای موج‌بر به طور رفت و برگشتی جست و خیز می‌کند. قله‌ها و فرورفتگی‌های امواج رو در رو انتشار کننده با یکدیگر هم‌پوشانی می‌کنند. نتیجه این هم‌پوشانی تولید الگویی از نوار‌های تاریک و روشن می‌باشد. وقتی طول موج از طول موج قطع۱ بیشتر باشد، در موج‌بر گسیلِ نور نخواهیم داشت.
درست در طول موج قطع، اجسام رفتارهای جالبی از خود نشان می‌دهند. در این طول موج به جای تولید الگوی نواری تمامی موج‌بر روشن خواهد شد. طبق این مطلب جای آنکه قله‌های امواج در فاصله‌های مساوی از هم باشند، رفتار امواج به گونه است که قله‌ها با سرعت بسیار زیادی حرکت می‌کنند و در آنِ زمانی هر جایی هستند. بنابراین نور به شکل همگام در طول موج‌بر نوسان می‌کند.
پیش‌تر، انقطاع و گروهش ضریب شکست صفر را برای تابش با طول موج بزرگتر (ریزموج) تولید کرده بودند. تکرار این کار برای نور مرئی سخت‌تر بود چون که وسیله جدید برای نگه داشتن نور خیلی کوچک است. در عوض محققان باریکه‌ای از الکترون‌ها را برای تولیدِ نور با همه طول موج‌ها، درون موج‌بر روانه کردند و نور خروجی از آن را اندازه‌گیری کردند. مقدار روشنایی نور در یک طول موجِ خاص به این بستگی دارد که باریکهٔ الکترون به مکانِ تاریک یا مکانِ روشنِ ایجاد شده توسط آن طول موج وارد می‌شود.
بنابراین محققان با بررسی باریکه در طولِ موج‌بر و نمایش خروجی، الگوی نوری در هر طول موج را یافتند. چی تینگ چان از فیزیک‌دانان دانشگاه هنگ کنگ می‌گوید: این در نوع خود بهترین نانو-ساخت و مشخصه‌یاب است.
بنابراین سوأل این جاست، چطور موج نوری با چنین آرایشی از قله‌ها که در بالا ذکر شد نسبیت را نقض نمی‌کند؟ انقطاع توضیح می‌دهد که نور دو نوع تندی دارد. سرعت فاز نشان می‌دهد که موج‌های با یک طول موجِ مشخص چقدر سریع حرکت می‌کنند. این در حالی است که سرعت گروه نشان می‌دهد که نور انرژی یا اطلاعات را چقدر سریع انتقال می‌دهد. انقطاع می‌گوید: تنها سرعت گروه در موج‌بر بایستی کم‌تر از سرعت نور در خلأ باشد.
دکتر انقطاع می‌گوید: این وسیله کاربردهای گوناگونی دارد. چون نور خروجی از موج‌بر در اصطلاح «همگام» است، با خمش موج‌بر می‌توان آنتنی گسیل کنندهٔ موج نوری با جبهه‌های فازیِ۲ در اصطلاح «منظم» شکل داد. به علاوه این وسیله می‌تواند به ساخت مجموعه مدارهای اپتیکی کمک کند.
آرایه ای از این موج‌برها حتی می‌تواند ماده‌ای بزرگتر با ضریب شکست صفر تولید کند. اما ساخت چنین آرایه‌ای چالش‌برانگیز است. کای می‌گوید: با اینکه در تئوری این کار ساده است اما به طور آزمایشگاهی این کار بسیار سخت است.
1- بیشینه‌ی طول موجی که می‌تواند در یک موج‌بر الکترومغناطیسی منتشر شود، طول موج نام دارد.
2- جبهه فاز به بردار موج اشاره دارد. جهت بردار موج با بردار پوئینتینگ (بردار انتقال انرژی) یکسان نیست.
psi.ir
