FOM-persbericht Sandwich van zilver zet licht in zijn achteruit Drie-dimensionale metamaterialen tonen negatieve brekingsindex Utrecht, 24 november 2010 - Onderzoekers van het FOM-instituut AMOLF hebben een nieuw soort materiaal ontworpen waarin lichtgolven achteruit lopen. In vakjargon: het heeft een negatieve brekingsindex. De onderzoekers ontrafelden het gedrag van licht in een materiaal bestaande uit een 'sandwich', een stapeling van ultradunne (tientallen nanometers) laagjes zilver afgewisseld met een transparant materiaal. Het materiaal zet zichtbaar licht 'in zijn achteruit', ongeacht vanuit welke richting het binnenvalt. Met deze doorbraak komt een perfecte lens voor zichtbaar licht een stap dichterbij. De onderzoekers publiceerden hun resultaten op 23 november in het vooraanstaande tijdschrift Physical Review Letters. Het materiaal ontleent zijn bijzondere eigenschappen aan het feit dat het gestructureerd is op een kleinere schaal dan de golflengte van licht. Zulke materialen worden 'metamaterialen' genoemd. In natuurlijke materialen is de brekingsindex, die gerelateerd is aan de lichtsnelheid in het materiaal, altijd positief. Maar slim ontworpen metamaterialen kunnen een negatieve brekingsindex hebben. In die materialen is de lichtsnelheid negatief, wat betekent dat een lichtgolf als het ware achteruit loopt: de pieken en dalen van de golf bewegen naar een lichtbron toe in plaats van er vandaan. Dat betekent niet dat licht niet door het materiaal heen kan schijnen, want de energie van het licht stroomt tegengesteld aan de golfrichting; vooruit in de normale richting dus. Door deze opmerkelijke eigenschap breekt een lichtbundel die op het metamateriaal valt in tegengestelde richting dan in een normaal materiaal, zoals water of glas. Deze materialen zouden tot spectaculaire toepassingen kunnen leiden: zo bedacht de Engelse theoretisch fysicus John Pendry in 2000 dat van een materiaal met een negatieve index een 'perfecte lens' gemaakt kan worden, die in tegenstelling tot een gewone lens zelfs de kleinste details van een object kan afbeelden - kleiner dan de golflengte. Sindsdien zijn wetenschappers naarstig op zoek naar geschikte metamaterialen. Dat lukt aardig voor elektromagnetische golven met lange golflengtes, zoals radiogolven en microgolven. Maar voor zichtbaar licht is het veel lastiger: het is moeilijk om materialen op de benodigde schaal van nanometers een geschikte structuur te geven, en de voorgestelde ontwerpen absorberen meestal het grootste deel van het licht. Bovendien hebben ze hun bijzondere eigenschappen alleen wanneer licht er vanuit één bepaalde richting op valt. Pendry is een van de keynote speakers op het jaarlijkse congres Physics@FOM Veldhoven, dat in 2011 op 18 en 19 januari plaatsvindt. AMOLF-onderzoeker dr. Ewold Verhagen en zijn collega's beschrijven de werking van een nieuwe klasse metamaterialen, die juist het best werken voor zichtbaar licht. Ze zijn gebaseerd op gestapelde laagjes van afwisselend metaal en transparant materiaal, en hebben daarmee een verrassend eenvoudige structuur. Lichtgolven kunnen zich door de laagjes voortplanten, maar ook van laag naar laag 'overspringen'. Op die manier kan licht zich in alle drie dimensies door het metamateriaal bewegen. De wetenschappers laten zien dat door de laagjes de juiste diktes te geven (van enkele tientallen nanometers) de brekingsindex van het metamateriaal negatief is, en in alle richtingen hetzelfde. Bovendien is absorptie in het metamateriaal een minder groot probleem dan met een alternatieve aanpak. Deze nieuwe metamaterialen brengen toepassing van negatieve brekingsindex, bijvoorbeeld voor microscopie of lithografie, in zicht. Verhagen kreeg voor zijn onderzoek zowel de FOM Natuurkunde Proefschrift Prijs 2010 als de FOM Valorisatiehoofdstuk Prijs 2010. Voor de redactie Referentie "Three-dimensional negative index of refraction at optical frequencies by coupling plasmonic waveguides", Ewold Verhagen, René de Waele, Kobus Kuipers en Albert Polman, Physical Review Letters 105, 223901 (2010). Link: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v105/i22/e223901 Bijschrift Figuur 1. Metamateriaal met een negatieve brekingsindex Het metamateriaal met een negatieve brekingsindex bestaat uit dunne laagjes van zilver en een transparant materiaal. Ongeacht de richting waaronder licht invalt (rode pijlen) breekt het onder een tegengestelde hoek als in een normaal materiaal, en lopen de lichtgolven in het metamateriaal achteruit (paarse pijlen). Informatie Voor meer informatie kunt u contact opnemen met: Dr. Ewold Verhagen, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Zwitserland, ewold.verhagen@xxxxxxx, telefoon +41 21 6930559/+41 76 2257325. Prof.dr. Albert Polman, FOM-instituut AMOLF, Amsterdam, polman@xxxxxxxx, telefoon (020) 754 7100. Als u geen prijs stelt op de persberichten van de Stichting FOM en u wilt uit het adressenbestand verwijderd worden, stuur dan een mail met uw gegevens naar info@xxxxxxx If you no longer wish to receive the press releases from FOM and you would like to be removed from the address list then please send an e-mail with your details to info@xxxxxxx Public Information Office | Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) | Foundation for Fundamental Research on Matter (FOM) | PO Box 3021 - 3502 GA Utrecht - The Netherlands | Van Vollenhovenlaan 659 - 3527 JP Utrecht - The Netherlands | t: +31 (0)30 600 12 11 | f: +31 (0)30 601 44 06 | e: info@xxxxxx| w: http://www.fom.nl | Think before you print!
Attachment:
Fig 1. Metamateriaal met een negatieve brekingsindex.jpg
Description: JPEG image
