Se animationen: Lyset brækker baglæns i ny halvleder

Amerikanske forskere har designet et halvledermateriale, som bryder modsat af traditionelle materialer. Det er første gang, at et sådant såkaldt metamateriale er fremstillet udelukkende med halvlederteknologi, og det betyder, at anvendelserne af materialer med usædvanlig lysbrydning er rykket meget tættere på.

En lysstråle, der går fra et optisk tyndt materiale - eksempelvis luft - til et optisk tættere materiale som kvarts eller vand brydes, så forholdet mellem sinus for lysets indfaldsvinkel og sinus for dets brydningsvinkel er lig med forholdet mellem de to materialers brydningsindeks.

For alle naturlige materialer er brydningsindeks et positivt tal, men den russiske fysiker Victor Veselago viste allerede i 1968, at det ud fra Maxwells ligninger teoretisk er muligt, at brydningsindeks også kan være negativt. Et negativt brydningsindeks betyder, at lysstrålen vil knække den anden vej, når lyset rammer materialet.

Læs også: Infografik: Lyset brækker baglæns i ny halvleder

Materialer med negativt brydningsindekse blev længe anset for en matematisk kuriositet, men omkring år 2000 viste forskere, at det faktisk er muligt at designe materialer, der har et negativt brydningsindeks for visse dele af det elektromagnetiske spektrum. Et sådant materiale har en indre opbygning med strukturer, hvis dimensioner er sammenlignelige med bølgelængden af lyset eller andre elektromagnetisk bølger.

I begyndelsen var der tale om forsøg med mikrobølger, hvor bølgelængden er i centimeterområdet. Senere har man også designet metamaterialer, der har negativt brydningsindeks i det infrarøde område, hvor bølgelængden er nogle på mikrometer.

Anthony Hoffmann og forskere fra Princeton University i USA har nu designet og fremstillet et halvledermateriale bestående af skiftende lag af indium-gallium-arsenid og aluminium-indium-arsenid med en tykkelse på 8,1 mikrometer. De har vist teoretisk og eksperimentelt, at dette materiale har et negativt brydningsindeks for elektromagnetiske bølger med et bestemt polarisationsretning og en bølgelængde mellem 8 og 12 mikrometer.

Da materialet er let at fremstille med konventionel halvlederteknologi og ikke kræver yderligere bearbejdning efter dets fremstilling, mener forskerne, at det har stort potentiale til brug i forbindelse optiske bølgeledere eller imaging. De forestiller sig blandt andet, at det kan bruges til linser i sensorer, som advarer om kemikalier i luften, skriver Scientific American.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Jeg tror desværre der er en fejl i jeres slideshow ('animationen') i den første slide. Hvis det er almindeligt synligt lys og den øverste halvdel er luft så skal brydningsvinklen (vinklen i forhold til grænselagsnormalen - eller hvad den nu hedder) blive mindre i overgangen fra luft til vand og ikke større. Det er faktisk vist rigtigt på det billede der linker til animationen, men på selve animationen er der blevet byttet rundt, således at vinklen ser ud til at blive større. Se evt. billeder her http://en.wikipedia.org/wiki/Refraction -Christian

  • 0
  • 0

Den første slide i animationen indeholdt ganske rigtig en fejl, idet lyset virkede til at afbøjes fremad og ikke nedad.

Forvirringen over lysets afbøjning skyldtes, at det rent faktisk ser sådan ud, når man stikker en pind ned i et glas vand. Her vil man opdage, at pinden bøjer fremad.

MVH Thomas Djursing, Journalist på ing.dk

Animationen er nu rettet

  • 0
  • 0

Ovenstående fænomen og anvendelse af et kunstigt fremstillet (periodisk) halvleder materiale er ikke nyt. I såkaldte fotoniske krystaller (som groft set kan anses som værende en speciel type af et metamateriale) oplever man meget nemt en superprisme effekt når lys rammer krystallen og diffrakteres positivt eller negativt. Typisk realiseres fotoniske krystaller ved at ætse lufthuller i et peridisk gitter i silicium som er fuldt ud kompatiblet med gængs CMOS teknologi. Der findes i dag mange eksempler på anvendelsen af denne "baglæns" og ekstreme lys brydning i fotoniske krystaller til brug i eksempelvis integrerede optiske kredsløb og sensorer og har været et ombejlet forskningsområde siden starten af 90'erne. For mere info google f.eks. på "superprism photonic crystal".

  • 0
  • 0

Lars Hagedon Frandsen, som er forsker på COM på DTU, mener ikke det er nyt. Og han da en relevant pointe. Men her er ordene fra Princeton University http://www.princeton.edu/main/news/archive...

The Princeton invention is the first three-dimensional metamaterial constructed entirely from semiconductors, the principal ingredient of microchips and optoelectronics.

Hvordan skal "entirely from semiconductos" forstås? Er en fotonisk krystal med lufthuller "entirely from semiconductors" - det bliver vel et definitionsproblem (luft er i hvertfald ikke en halvleder).

Princeton-artiklen er offentliggjort i Nature Materials den 14. oktober.

  • 0
  • 0

Jeg synes forskerne fra Princeton tager munden for fuld når de fastslår at deres struktur er tre-dimensionel; i den nanofotoniske verden anser man en stak af forskelligt dielektrisk materiale (en såkaldt Bragg-stak/gitter eller en 1D fotonisk krystal om man vil) som værende én-dimensionel. Ingen tvivl om at det er et fint resultat forskerne har opnået: negativt epsilon uden brug af metaller som i de "konventionelle" metamaterialer. Men punchlinen de fremsætter er vag i forhold til baglæns brydning af lys, som altså allerede er bevist i fotoniske krystaller (hvori hullerne ikke behøves at være luft, men kan være et andet dielektrisk materiale). Og desværre er deres materiale stadigt noget eksotisk i forhold til "konventionel halvlederteknologi" som man bruger til at fremstille silicium-chips (CPU'ere etc.). Resultatet fra Princeton vil dog betyde meget for metamaterialernes fremtid - ingen tvivl om det - og jeg glæder mig til at usynligheds kappen realiseres, meeen den er nok mere "science fiction" end "science" de næste 20-50 år.....

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten