“Negatif Kırılma”nın Anahtarı Atomların Elinde Olabilir

Egzotik bir optik fenomen

Negatif kırılma, bir ortamdan diğerine giden ışığın, geleneksel kırılmada olduğu gibi normale doğru değil, normalin ötesine büküldüğü alışılmadık bir optik olaydır. Bu fenomen ilk olarak 1960’larda teorik olarak önerilmiş ve hem negatif geçirgenlik hem de geçirgenlik sağlayan alt dalga boyu boyutlu elemanların dizilerinden oluşan yapay malzemeler olan metamalzemelerde gözlemlenmiştir.

2000 yılında, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki California Üniversitesi, San Diego’dan fizikçiler mikrodalga frekansında negatif kırılma olduğunu gösterdiler. Birkaç yıl sonra, aynı elektromanyetik spektrumda çalışan görünmezlik pelerinleri geliştirildi. O zamandan beri başkaları da ses dalgalarını kullanarak benzer etkiler elde etti. Negatif kırılma optik frekanslarda da görülmüştür, ancak kayıplar şimdiye kadar optik görünmezlik pelerinleri ve kırınım sınırının çok ötesinde çözünürlüğe sahip lensler gibi bir dizi ilgi çekici potansiyel uygulamanın hayata geçirilmesini engellemiştir. Zorluğun bir kısmı, nano ölçekli boyutlarda rezonatörleri hassas bir şekilde inşa etmektir.

Araştırmacılar daha önce atomik dizilerde optik negatif kırılma göstermeyi önermişlerdi, ancak önerilen sistemler zayıf manyetik dipol geçişlerini içeren kuantum girişim süreçlerine dayanıyor. Birleşik Krallık’taki Lancaster Üniversitesi’nden Janne Ruostekoski’ye göre, bu geçişlerden yararlanmak, yüksek yoğunluklarda çok yüksek kırılma indisleri gibi şu anda elde edilmesi imkansız olan deneysel parametreler gerektiriyor.

Atomlarla negatif kırılma

Kapsamlı atomik simülasyonlar gerçekleştirdikten sonra bilim insanları, atomlar optik bir kafes içinde tutulduklarında toplu saçılmaya maruz kaldıklarından, çok arzu edilen etkinin ortaya çıkan bir fenomen olarak gerçekleşmesi gerektiğini keşfettiler. Ruostekoski ve Lancaster Üniversitesi’nden meslektaşı Kyle Ballantine, Japonya’daki NTT Temel Araştırma Laboratuvarları’ndan Lewis Ruks ile işbirliği içinde, en son çalışmalarında optik negatif kırılma için bu tür koşulların gerekli olmadığını gösterdiler. Kapsamlı atomik simülasyonlar gerçekleştirdikten sonra bilim insanları, atomlar optik bir kafes içinde tutulduklarında toplu saçılmaya maruz kaldıklarından, çok arzu edilen etkinin ortaya çıkan bir fenomen olarak gerçekleşmesi gerektiğini keşfettiler.

En Güncel Yazılarımıza Buradan Ulaşabilirsiniz;

• Kanser Hastalarının Radyasyon Tedavisine Dirençleri Arttırılabilir mi?
• Yeni Malzemeler ve Daha Ağır Elektron Davranışı
• Zaman Geriye Akabilir mi? Tersinir Kuantum Zaman

Araştırmacılar, ışığın dalga boyundan daha küçük mesafelerle ayrılmış atomlarla sonsuz sayıda 2B yüzey oluşturdular. Belirli atom türlerini ele almak yerine, belirli metallerde bulunan iki tür elektronik geçişi modellediler: iki seviyeli bir geçiş ve dört seviyeli bir süreç.

Yakın aralıklı atomların gelen bir optik lazer ışını üzerindeki etkisini araştırdıklarında, çok sayıda saçılmanın kristal katılardaki elektron iletim bantlarına benzeyen enine Bloch bant rezonansları olarak bilinen kolektif bir davranışa neden olduğunu keşfettiler. Bu kolektif uyarımlar, atomlar arasındaki ışık aracılı etkileşimler tarafından belirlenen yönde ilerler ve normal yayılma yolunun aksine tersine çevrilebilir, bu da negatif kırılmanın ayırt edici imzasıyla sonuçlanır.

Simülasyon testleri

Ruks ve meslektaşları bulgularını daha az idealize edilmiş, az katmanlı dizilerin simülasyonlarında doğruladılar. Ayrıca negatif kırılmanın farklı lazer frekansları, iletim yönleri ve atomik aralıklar dahil olmak üzere çeşitli koşullar altında var olması gerektiğini ve eksik veya dalgalanan atomlar gibi deneysel kusurlara karşı dirençli olması gerektiğini gösterdiler.

Kredi: Manchester Üniversitesi