Metazrcadlo mění vlastnosti světla

Velikost vlnové délky se po odrazu od povrchu metazrcadla snižuje na polovinu, jeho frekvence se tedy naopak na dvojnásobek zvyšuje. Oblast fyziky, ve které se studují nebo realizují podobné jevy, se nazývá nelineární optika. Nelineární jevy se obecně vyznačují tím, že pro ně neplatí lineární rovnice a jednoduché zákony superpozice (sčítání) a multiplikace (násobení) účinků. Výsledkem současného působení dvou paprsků nebo světelných vln v této oblasti například není jednoduchý součet vln původních světelných zdrojů, ale něco zcela jiného, například změna frekvence světla. Materiály, které umožňují podobné nelineární jevy, jsou z tohoto důvodu nazývány nelineárními materiály či metamateriály.

Americkým vědcům se povedlo pomocí metod nanotechnologie vyrobit právě takové metazrcadlo, vybavené “metapovrchem”. Optická odezva příslušného metamateriálu byla milionkrát intenzivnější než u předchozích známých metamateriálů a dosažená “tloušťka” metazrcadla byla stokrát menší než činí průměr lidského vlasu. Metazrcadlo přitom vědci osvětlovali světelným zdrojem s intenzitou laserového ukazovátka. Normálně byly doposud nelineární optické jevy měřitelné či patrné pouze v případě obrovské intenzity působícího světla, nebo pokud byla k dispozici hodně velká dráha k šíření světelných paprsků v hmotném prostředí, tedy v daném metamateriálu.

Konkrétní použitý metamateriál v tomto případě sestával ze složité struktury, vytvořené mnoha vrstvami a obrazci na bázi india, gallia, arzénu, zlata a hliníku. Použitý zdroj elektromagnetického záření měl vlnovou délku 8 mikrometrů a na výstupu vědci zjistili vlnění o délce 4 mikrometrů. Dotyčné vlnové délky se sice nenacházejí v oblasti viditelného světla (jde o oblast terahertzových frekvencí), ale vědci slibují, že bude možno zkonstruovat metamateriály i pro jiné oblasti vlnových délek, od terahertzových frekvencí až po blízkou infračervenou oblast. Lze také vytvořit zařízení, kde se budou frekvence dvou světelných zdrojů sčítat nebo odečítat, či bude možné různě míchat vlny ze čtyř světelných zdrojů.

Nelineární optické jevy najdou své využití nejen při stavbě optických zobrazovacích prvků, jako jsou například displeje, ale i v oblasti kvantových a optických počítačů, tedy při logických a výpočetních operacích se světlem. Optické (fotonické) počítače mohou být už z principu asi tisíckrát rychlejší než srovnatelné počítače elektronické, v nichž se nepohybují fotony, ale elektrony.

Zdroje: Phys.Org, Nature