Plot faktor kualitas radiasi sebagai fungsi vektor gelombang untuk lempengan kristal fotonik. Pada lima posisi, faktor ini menyimpang hingga tak terhingga, sesuai dengan solusi khusus persamaan Maxwell yang disebut keadaan terikat dalam kontinum. Keadaan-keadaan ini memiliki energi yang cukup untuk melarikan diri hingga tak terbatas tetapi tetap terlokalisasi secara spasial.
Sebuah studi yang baru diterbitkan dari MIT adalah singkatan dari Massachusetts Institute of Technology. Ini adalah universitas riset swasta bergengsi di Cambridge, Massachusetts yang didirikan pada tahun 1861. Ini diatur dalam lima Sekolah: arsitektur dan perencanaan; rekayasa; humaniora, seni, dan ilmu sosial; pengelolaan; dan sains. Dampak MIT mencakup banyak terobosan ilmiah dan kemajuan teknologi. Tujuan mereka menyatakan adalah untuk membuat dunia yang lebih baik melalui pendidikan, penelitian, dan inovasi.
MIT mengungkapkan mekanisme yang bertanggung jawab untuk menjebak cahaya, menunjukkan bahwa keadaan terperangkap ini banyak lebih stabil dari yang diperkirakan.
Para peneliti di MIT yang tahun lalu berhasil menciptakan materi yang dapat menjebak cahaya dan menghentikannya pada jalurnya kini telah mengembangkan pemahaman yang lebih mendasar tentang proses tersebut. Pekerjaan baru – yang dapat membantu menjelaskan beberapa mekanisme fisik dasar – mengungkapkan bahwa perilaku ini terhubung ke berbagai fenomena lain yang tampaknya tidak terkait.
Temuan ini dilaporkan dalam sebuah makalah di jurnal Physical Review Letters, yang ditulis bersama oleh profesor fisika MIT Marin Soljačić; pascadoktoral Bo Zhen, Chia Wei Hsu, dan Ling Lu; dan Douglas Stone, profesor fisika terapan di Didirikan pada 1701, Universitas Yale adalah universitas riset Ivy League swasta di New Haven, Connecticut. Ini adalah lembaga pendidikan tinggi tertua ketiga di Amerika Serikat dan diatur menjadi empat belas sekolah konstituen: perguruan tinggi sarjana asli, Sekolah Pascasarjana Seni dan Sains Yale dan dua belas sekolah profesional. Itu dinamai gubernur British East India Company Elihu Yale.
Universitas Yale.
Cahaya biasanya dapat dibatasi hanya dengan cermin, atau dengan bahan khusus seperti kristal fotonik. Kedua pendekatan ini memblokir berkas cahaya; temuan tahun lalu mendemonstrasikan metode baru di mana gelombang membatalkan medan radiasi mereka sendiri. Karya baru ini menunjukkan bahwa proses menjebak cahaya ini, yang melibatkan memutar arah polarisasi cahaya, didasarkan pada semacam pusaran — fenomena yang sama di balik segala sesuatu mulai dari tornado hingga air yang mengalir ke selokan.
Selain mengungkap mekanisme yang bertanggung jawab untuk menjebak cahaya, analisis baru menunjukkan bahwa keadaan terperangkap ini jauh lebih stabil daripada yang diperkirakan, membuatnya lebih mudah diproduksi dan lebih sulit diganggu.
“Orang-orang menganggap [keadaan terperangkap] ini sangat rumit,” kata Zhen, “dan hampir mustahil untuk disadari. Tapi ternyata itu bisa eksis dengan cara yang kuat.
Dalam sebagian besar cahaya alami, arah polarisasi — yang dapat dianggap sebagai arah getaran gelombang cahaya — tetap tetap. Itulah prinsip yang memungkinkan kacamata hitam polarisasi bekerja: Cahaya yang dipantulkan dari permukaan terpolarisasi secara selektif ke satu arah; bahwa cahaya yang dipantulkan kemudian dapat diblokir oleh filter polarisasi yang berorientasi pada sudut kanan padanya.
Tetapi dalam kasus kristal penangkap cahaya ini, cahaya yang memasuki material menjadi terpolarisasi sedemikian rupa sehingga membentuk pusaran, kata Zhen, dengan arah polarisasi berubah tergantung pada arah pancaran.
Karena polarisasi berbeda di setiap titik di pusaran ini, ia menghasilkan singularitas — juga disebut cacat topologi, kata Zhen — di pusatnya, menjebak cahaya di titik itu.
Hsu mengatakan fenomena tersebut memungkinkan untuk menghasilkan sesuatu yang disebut sinar vektor, sejenis sinar laser khusus yang berpotensi menciptakan akselerator partikel skala kecil. Perangkat semacam itu dapat menggunakan berkas vektor ini untuk mempercepat partikel dan menghancurkannya satu sama lain — mungkin memungkinkan perangkat meja masa depan untuk melakukan jenis eksperimen berenergi tinggi yang saat ini membutuhkan terowongan melingkar selebar mil.
Temuan itu, kata Soljačić, juga dapat memungkinkan implementasi yang mudah dari pencitraan resolusi tinggi (menggunakan metode yang disebut mikroskop penipisan emisi terstimulasi) dan dapat memungkinkan pengiriman lebih banyak saluran data melalui satu serat optik.
“Karya ini adalah contoh yang bagus tentang bagaimana sistem fisik yang seharusnya dipelajari dengan baik dapat mengandung fenomena yang kaya dan belum ditemukan, yang dapat digali jika Anda menggali di tempat yang tepat,” kata Yidong Chong, asisten profesor fisika dan fisika terapan di Nanyang Technological. Universitas di Singapura yang tidak terlibat dalam penelitian ini.
Chong mengatakan sangat luar biasa bahwa temuan mengejutkan seperti itu berasal dari materi yang dipelajari dengan relatif baik. “Ini berkaitan dengan lempengan kristal fotonik dari jenis yang telah dianalisis secara luas, baik secara teoritis maupun eksperimental, sejak 1990-an,” katanya. “Fakta bahwa sistem ini sangat tidak eksotis, bersama dengan ketangguhan yang terkait dengan fenomena topologi, harus memberi kita keyakinan bahwa mode ini tidak hanya menjadi keingintahuan teoretis, tetapi dapat dieksploitasi dalam teknologi seperti mikrolaser.”
Penelitian ini sebagian didukung oleh US Army Research Office melalui MIT’s Institute for Soldier Nanotechnologies, dan oleh Departemen Energi dan National Science Foundation.
Publikasi : Bo Zhen, et al., “Sifat Topologi Negara-Negara Terikat Optik dalam Kontinuum,” Phys. Pendeta Lett. 113, 257401, 18 Desember 2014; doi:10.1103/PhysRevLett.113.257401
Salinan PDF Studi : Sifat topologis dari keadaan terikat dalam kontinum radiasi
Gambar: Atas perkenan para peneliti
