Sciencemag.cz
Doporučujeme
Po časových krystalech zde máme i časově proměnné (temporal) metamateriály. Co tato podivnost všechno umí?
Výzkumný tým z CUNY ASRC (New York) ukázal, že je možné manipulovat s fotony tak, aby se mohly srážet a vzájemně na sebe působit dosud neznámými způsoby. Objev popsaný v Nature Physics má umožnit vývoj nových technologií založených na šíření elektromagnetických vln, pokrok v telekomunikacích, optických počítačích a energetických aplikacích.
„Naše práce navazuje na řadu experimentů, které ukazují, jak můžeme vytvořit metamateriály s jedinečnými vlastnostmi, které vznikají na základě náhlých časových změn jejich elektromagnetických vlastností. Tyto změny nám umožňují manipulovat se šířením vln způsobem, který se v přírodě nevyskytuje, uvádí spoluautor práce Andrea Alù. „Nejnovější práce ukazuje, že můžeme využít náhlých časových (temporal) změn v metamateriálech na míru (tzv. časová rozhraní, time interfaces) k tomu, aby se světelné vlny srážely, jako by to byly hmotné objekty. Dokázali jsme také řídit, zda si vlny při těchto srážkách vyměňují, získávají nebo ztrácejí energii.“
Když se dráhy dvou elektromagnetických vln (fotonů) zkříží, obvykle se pohybují přímo přes sebe, aniž by se vzájemně ovlivňovaly. To je zcela odlišné od toho, co se stane, když do sebe narazí dva hmotné (poznámka: míněno s nenulovou klidovou hmotností) objekty, např. dvě koule. V druhém případě se částice srazí a jejich mechanické vlastnosti určují, zda se energie (míněno: kinetická energie) při srážce zachová, ztratí nebo zvýší (pozn: to se myslí jak?). Například při /idealizované/ srážce dvou kulečníkových koulí se celková /kinetická/ energie v soustavě zachovává, zatímco při srážce dvou gumových koulí se energie při srážce obvykle ztrácí.
Zatímco u fotonů by se očekávalo, že projdou jeden druhým bez jakékoliv interakce, spuštěním časového rozhraní se vědcům podařilo prokázat silné interakce mezi fotony a řídit povahu srážky.
Práce výzkumného týmu byla inspirována spekulacemi o tom, zda by bylo možné zastavit nechtěnou mechanickou vlnu, jako je tsunami nebo seismická vlna, tím, že proti ní vrhneme jinou podobnou vlnu, která by ji odrazila. „Zatímco v konvenční vlnové fyzice je takový výsledek nemožný, věděli jsme, že s časově proměnným (temporal) metamateriálem je to v principu proveditelné,“ uvádí hlavní autor studie Emanuele Galiffi. „Náš experiment umožnil demonstrovat tento koncept v praxi pro elektromagnetické vlny.“
Vědci také navrhli a předvedli aplikaci svého konceptu na tvarování elektromagnetických pulzů jejich vzájemným srážením. Technika umožňuje použít dodatečný signál jako formu pro tvarování konkrétního pulzu. Zatím se tento princip podařilo demonstrovat na rádiových frekvencích, nyní se pracuje na realizaci této schopnosti tvarování na vyšších frekvencích.
Výsledky by podle autorů studie mohly být přínosem mj. pro bezdrátovou komunikaci, zobrazovací techniky, počítače/elektroniku a technologie sběru energie.
Broadband coherent wave control through photonic collisions at time interfaces, Nature Physics (2023). DOI: 10.1038/s41567-023-02165-6 , www.nature.com/articles/s41567-023-02165-6
Zdroj: CUNY Advanced Science Research Center, přeloženo/zkráceno
Poznámka: Vlastní princip z tiskové zprávy není zrovna jasný, to se fotony musí srazit přímo na tom speciálním metamateriálu, či snad oba nejprve projít metamateriálem…?
Je to nejake zmatene. Samozrejme zastavit nechtenou mechanickou vlnu tak, za proti ni posleme jinou, umime uz hodne dlouho. Jak asi funguji noice-canceling sluchatka? A ze poslanim dvou zvukovych (tedy mechanickych) vln proti sobe ziskame ticho, to bylo experimentalen predvedeno uz snad pred dvema sty let.
mate pravdu. a taky by me zajimalo, co se myslim tim zvysenim (kineticke) energie. ze objekty pri srazce vybuchnou?
To klidne muze byt. Pokud mate „kulecnikove“ koule s pisty na priyunkach, ktere se pri narazu uvolni, tak pri srazce ziskaji kinetickou energii. Prave toto chovani by me u metamaterialu neprekvapovalo, ty jsou plne podobnych podobnych prekvapeni zpusobenych tim, ze nemame primou zkusenost s chovanim struktur mensich nez vlnova delka svetla. Ale vzdy ty podivnosti maji jednoduche vysvetleni z interference signalu.
Kinetická energie fotonu mi nějak nesedí, foton má energii E=h*f . Energii snad může srážkou získat, ale musel by ( jeden z nich ) zvýšit frekvenci a druhý snížit. Na což snad mají vliv ty meta materiály.
Příklad s kinetickou energii se kulečníkových koulí se zdá zmatený. Celková energie se ani při srážce gumových koulí nezmění. Zdroj CUNY Advaced..se vyjádřil dost nešťastně. Můj názor : nemusím vědět všechno a rozumět jakoby všemu, ale co se píše, by pravda být měla.
Světlo se pohybuje rychlostí světla (ve vakuu) a tudíž světlo nedohoní světlo, aby mu přidalo kinetickou energii navíc. Ale uvnitř meta materiálu se bude pohybovat rychlostí menší, jak rychlost světla. Ale dokud je to světlo, tak E = h*f. Při opuštění meta materiálu bude rychlost větší. Žádný zázrak, děje se tak z vody ven do vzduchu.