Co potrafią metamateriały? One cały czas nas zaskakują

Badanie przeprowadzone przez zespół naukowców pod przewodnictwem Vinoda M. Menona z The City College w Nowym Jorku, odkryło wyjątkowe właściwości metamateriałów powiązane z możliwością uwięzienia światła wewnątrz, co otwiera nowe możliwości dla rozwoju przeróżnych technologii. Wyniki tego badania opublikowano w prestiżowym czasopiśmie Nature, rzucając nowe światło na potencjał wykorzystania materiałów van der Waalsa.

Najważniejszy w badaniu okazuje się metamateriał zbudowany z elementów takich jak chrom, siarka i brom, zaliczający się do kategorii magnetycznych materiałów van der Waalsa. Charakteryzuje się on niezwykłą zdolnością do uwięzienia światła dzięki istnieniu silnie związanych ekscytonów - znanych jako kwazicząstki o wyjątkowych właściwościach optycznych. Co ciekawe, badania wykazały, że ten metamateriał wykazuje zdolność do samodzielnego wychwytywania światła, a jego wrażliwość optyczna na działanie pól magnetycznych przewyższa o rząd wielkości możliwości konwencjonalnych magnesów.

W badaniu podkreśla się, że unikalne interakcje pomiędzy światłem a magnetyzmem prowadzą do wzmocnionych reakcji wewnętrznych. Przykładowo, zewnętrzne pole magnetyczne może tak zmienić odbicie światła w podczerwieni, że sam materiał zmienia kolor. To zjawisko, zwane reakcją magnetooptyczną, jest wyjątkowo silne w tym materiale, co otwiera możliwości dla zastosowań w technologiach. Kontrolowanie zjawisk elektromagnetycznych stanowi fundament dla współczesnych technologii. Jednak interakcje między światłem a magnetyzmem zazwyczaj nie są tak intensywne. Wyniki badań pokazują, że dzięki wyjątkowym właściwościom tego materiału możliwe jest nie tylko uzyskanie zwiększonej reakcji na magnetyczność, lecz również uwięzienie światła w jego wnętrzu, sprawiając, że materiał staje się jeszcze bardziej bardziej magnetyczny - i właśnie tu zasadza się jego wyjątkowość.

Wyniki te mogą mieć ogromny wpływ na kwestię metamateriałów magnetycznych i pozwolić na tworzenie mocnych laserów magnetycznych oraz optycznie kontrolowanych pamięci magnetycznych. Odkrycie to stanowi istotny krok w kierunku wykorzystania tych właściwości w praktycznych zastosowaniach, takich jak pamięci magnetooptyczne czy nowe formy transdukcji kwantowej.

Czytaj dalej poniżej

Jesteśmy u progu odkrycia piątej fundamentalnej siły natury. Czym może być? Jakub Szczęsny

Właśnie takiego paliwa do samolotów potrzebujemy. Marzenia stają się faktem Jakub Szczęsny

Badanie to finansowano z dotacji takich instytucji, jak: Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych, Wydział Badań Materiałowych Narodowej Fundacji Nauki (NSF) USA, Centrum NSF CREST IDEALS, DARPA oraz Niemiecka Fundacja Badawcza. Odkrycie to rzuca nowe światło na potencjał materiałów magnetycznych, otwierając drzwi do innowacyjnych technologii, które mogą znacząco ubogacić przemysł, technologie oraz nasze codzienne życie. Dzięki tego typu odkryciom naukowym, możliwe będzie skonstruowanie znacznie poręczniejszych, wydajniejszych, bardziej energooszczędnych oraz znacznie żywotniejszych urządzeń elektronicznych - a to ogromne wartości w codziennym świecie.