Schimbarea traiectoriei unui electron într-un mediu cu un indice de refracție negativ
Cory Dean, Universitatea Columbia
Atunci când undele (de exemplu, lumina) traversează limita a două medii, apare fenomenul de refracție. Aceasta se datorează faptului că viteza de propagare a undelor în medii diferite este diferită - aceasta schimbă direcția fasciculului de lumină. O astfel de schimbare a vitezelor este descrisă prin indicii de refracție - relațiile dintre viteza luminii într-un mediu și un vid. Unghiul la care raza luminii este refractată se determină din raportul indicilor de refracție.
Aproximativ o jumătate de secol în urmă, fizicianul sovietic Victor Veselago a descris proprietățile optice ale mediului în care indicele de refracție ar fi negativ. Această lucrare a fost pur teoretică și a prezis proprietăți neobișnuite pentru astfel de obiecte. De exemplu, o placă plană de astfel de material ar putea focaliza lumina emisă de o sursă de punct. Mai târziu, sa dovedit că este dificil să se creeze materiale cu un indice de refracție negativ, dar este posibil.
Cu toate acestea, nu numai fotonii - cana de lumină - au o natură de undă. În același mod, datorită dualismului valului corpuscular, electronii se pot comporta. O astfel de natură poate fi văzută, de exemplu, într-un gaz de electroni bidimensional - o situație în care electronii se pot mișca liber într-un avion. În același timp, particulele se deplasează de-a lungul traiectoriilor rectilinii, nu disipă - această mișcare este numită balistică.
Dacă un electron traversează limita a două materiale cu diferite tipuri de conductivitate, caracterul mișcării balistice se schimbă - apare refracția. Un exemplu de astfel de limite pot fi tranzițiile p-n în semiconductorii utilizați în bateriile solare, tranzistori și alte dispozitive. Fizicienii au prezis că refracția "negativă" ar trebui de asemenea observată la astfel de limite, în plus, crearea unor astfel de tranziții este mult mai ușoară decât materialele optice cu un indice de refracție negativ. Dar din cauza existenței unui decalaj energetic (banda interzisă) în materialele semiconductoare tradiționale, electronul este împrăștiat la limită - refracția acestuia nu poate fi observată.
Legea refracției pentru diferite tipuri de tranziții. Albastrul este marcat cu o tranziție cu un indice de refracție negativ. În dreapta - unghiurile caderii electronilor până la limită
Modelarea focalizării cu electroni într-o lentilă electronică a lui Veselago
Mediile optice cu un indice de refracție negativ sunt interesante nu numai prin focalizarea luminii, ci și prin puterea de rezolvare a lentilelor obținute. Pentru instrumentele optice clasice, rezoluția este limitată de lungimea de undă a luminii - din acest motiv, microscoapele optice nu permit observarea detaliilor obiectelor mai mici de 100 nanometri. Lentilele Veselago vă permit să ocoliți această limită. De asemenea, în aceste scopuri se utilizează dispozitive din metamateriale, capabile să transforme undele luminoase evanescent (deconectând exponențial de la ghidul de undă) în unde de propagare. Anul trecut, fizicienii de la Universitatea din Buffalo au creat o hiperlindă în formă de fan, acționând pe acest principiu, a cărui rezoluție a depășit limita de difracție.
Chimiștii au creat un triunghi molecular-fractal record
Strămoșii bushmenilor s-au despărțit de restul poporului acum trei sute de mii de ani
A avut loc prima sesiune de cuplare cuantică transcontinentală prin satelit
Trimiteți-le prietenilor: