کنترل نور با کمک فناوری‌نانو

یک گروه بین‌الملی از پژوهشگران روش جدیدی برای کنترل نور با استفاده از فناوری‌نانو ارائه کرده‌اند. این تکنیک بر روی مرزهای بین دو محیط، مانند هوا و آب، تمرکز دارد و خود مرز را بعنوان محیط سوم در نظر می‌گیرد. این کار به دانشمندان اجازه می‌دهد که باریکه‌های منعکس شده و شکسته را به روش‌هایی که با مواد طبیعی امکان‌پذیر نمی‌باشد دستکاری کرده و "نور طراح" خلق کنند. انعکاس و شکست موقعی رخ می‌دهد که نور از مرز بین دو محیط مختلف تحت یک زاویه عبور می‌کند. با توجه به نورشناسی کلاسیک، زاویه فرودی و خواص نوری دو محیط هستند که زوایای شکست و انعکاس را مشخص می‌کنند. اما اکنون، نانفانگ یو و همکارانش از دانشگاه هارواد نشان داده‌اند که اگر مرز شامل ساختارهای نانومقیاس باشد، این قوانین نیاز به اصلاح خواهند داشت.

نانفانگ یو و همکارانش با انعکاس نور از سطوح تخت نانوساختار اثرهای نوری عجیبی مانند باریکه‌های گردابی پیچشی، خلق کرده‌اند. تصاویر بالا عکس‌های تجربی هستند؛ تصاویر پایین نتیجه شبیه سازی‌ها می‌باشند.

در انعکاس و شکست استاندارد، با مرز بین دو محیط بمانند یک سطح جداکننده همگن دو محیط رفتار می‌شود. یو توضیح می‌دهد: "ما متوجه شدیم که اگر با فناوری‌نانو سطح مشترک را به‌طور مصنوعی ساختاردهی کنیم، آنگاه خواهیم توانست یک جابجایی فاز ناگهانی داشته باشیم که منجر به تأخیر زمانی بین باریکه نور فرودی و باریکه‌های انعکاسی و شکست خواهد شد."

گروه هاروارد از آنتن‌های- یا پیکسل‌های- پلاسمونیکی V شکل طلا که برروی ویفرهای سیلکونی الگودهی شده‌اند بعنوان مشدد نوری استفاده می‌کنند. این آرایه بر روی مقیاسی که بسیار کوچک‌تر از طول موج نور فرودی است، ساختاردهی می‌شود و به مرز مهندسی شده بین هوا و سیلیکون اجازه می‌دهد که از جابجایی ناگهانی فاز یا "ناپیوستگی فازی" به نور عبوری، بهره گیرد. این اختلاف فاز بین نور فرودی و نور پراکنده شده به طور قابل ملاحظه‌ای روی یک تشدید آنتن تغییر می‌کند.

با راه‌اندازی این آنتن‌ها در شرایط تشدیدی مختلف، بازه وسیعی از تأخیرهای فازی- و در نتیجه زمانی- بدست می‌آید. هر آنتن به‌طور موثر نور فرودی را گیراندازی کرده و آنرا برای زمان تعیین شده حفظ می‌کند و در سپس آن را در فضای آزاد مجددا گسیل می‌نماید.

این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Science منتشر کرده‌اند.