在細(xì)心加工的波導(dǎo)里(圖左),光波產(chǎn)生了一個(gè)帶狀圖案(中間),但是,由于波導(dǎo)的寬度不同,某一特定波長的光波能無限快地傳播,從而照亮整個(gè)波導(dǎo)。
一個(gè)由物理學(xué)家和工程師組成的研究小組日前宣稱,在一個(gè)納米尺度的裝置內(nèi),可見光的速度能達(dá)到無限快。當(dāng)然,該小發(fā)明并不會(huì)帶來瞬時(shí)通信,愛因斯坦相對(duì)論中提出的著名速度限制也仍然有效,但是,這個(gè)小東西將有各種各樣的用途,包括在一種光學(xué)電路中充當(dāng)一個(gè)要素。
在真空中,光大約以3億米/秒的速度傳播。而在諸如玻璃等物質(zhì)中,其傳播速度會(huì)變慢。但是,科學(xué)家們能使用奇怪的方法操縱光和物質(zhì)的交互作用,來調(diào)整光的折射率,例如使其變成負(fù)數(shù),這樣能帶來光的彎曲。
《科學(xué)》雜志在線報(bào)道稱,現(xiàn)在,荷蘭原子和分子物理學(xué)研究所物理學(xué)家Albert Polman、美國賓夕法尼亞大學(xué)電氣工程師Nader Engheta及其同事們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)非常奇特的“壯舉”。
他們發(fā)明了一個(gè)微小裝置,在這里,可見光的折射率為零,因此,光波以一個(gè)特別的波長快速傳播,速度甚至達(dá)到無限快。
這個(gè)裝置包含一個(gè)85納米厚、2000納米長,被銀環(huán)繞的絕緣二氧化硅矩形桿,光通常無法穿透這個(gè)矩形桿。結(jié)果是形成了一個(gè)被稱為波導(dǎo)的光傳送空間。
研究人員還做成了二氧化硅寬度從120納米到400納米的不同裝置,并將研究成果發(fā)表在了《物理評(píng)論快報(bào)》上。
這里,光的表現(xiàn)不同,因?yàn)殡姶艌霰仨毞拇_定的“邊界條件”。一般而言,對(duì)向傳播光波的高峰和低谷重疊,就產(chǎn)生了明亮和黑暗的條帶。一旦截止波長正確,就會(huì)發(fā)生有趣的事情。那時(shí)整個(gè)波導(dǎo)被照亮,而不是產(chǎn)生條帶狀的圖案。因此,光沿著波導(dǎo)的長度同步振蕩。
之前,Engheta領(lǐng)導(dǎo)的研究小組也曾制造出較長波長輻射的零折射率。不過,在可見光上重復(fù)這項(xiàng)工作更加困難,因?yàn)樵O(shè)備太小而無法容納光源。
因此,研究人員通過擊中一個(gè)電子束在波導(dǎo)里產(chǎn)生所有波長的光,并且測量了泄漏的光量。研究人員發(fā)現(xiàn),以特殊波長照射出去的光量取決于電子束是否進(jìn)入某一點(diǎn),這里對(duì)于這個(gè)波長來說可能有一個(gè)光亮或黑暗的點(diǎn)。因此通過沿著波導(dǎo)掃描電子束,并檢測輸出量,研究人員追蹤了每個(gè)波長的光圖像。
為何這一現(xiàn)象沒有違反相對(duì)論?因?yàn)楣庥袃煞N速度,Engheta解釋道。“相速度”是指一個(gè)給定波長傳播速度多快,而“群速度”指的是光運(yùn)送能量或信息的速度有多快。而只有群速度必然比光在真空中傳播的速度慢。
這個(gè)設(shè)備將有多種用途,Engheta說,它能夠幫助制作出期望中的納米級(jí)光學(xué)電路導(dǎo)管。
一批這樣的波導(dǎo)甚至能夠制出一種有零折射率的疏松材料。但是,制造這種排列可能十分具有挑戰(zhàn)性,美國佐治亞理工學(xué)院電氣工程師Wenshan Cai說:“理論上很簡單,但操作上很困難。”