memo-x

Berita, komentar, dan fitur terbaru dari The Memo X

Singularitas optik dapat digunakan untuk berbagai macam aplikasi

oleh

Penampang daun unik didesain berbentuk hati. Area gelap yang diperluas di gambar tengah adalah penampang lembar singularitas. Panggung tidak ditentukan pada lembar singularitas. Kredit: Daniel Lim/Harvard SEAS

Ketika kita memikirkan singularitas, kita cenderung memikirkan lubang hitam supermasif di galaksi yang jauh atau masa depan yang jauh dengan kecerdasan buatan yang tak terkendali, tetapi singularitas ada di sekitar kita. Singularitas hanyalah tempat di mana beberapa parameter tidak ditentukan. Kutub Utara dan Selatan, misalnya, dikenal sebagai singularitas koordinat karena tidak memiliki garis bujur yang pasti.

Singularitas optik biasanya terjadi ketika fase cahaya dengan panjang gelombang atau warna tertentu tidak ditentukan. Area-area ini tampak benar-benar gelap. Saat ini, beberapa singularitas optik, termasuk pusaran optik, sedang dieksplorasi untuk digunakan dalam komunikasi optik dan manipulasi partikel, tetapi para ilmuwan baru mulai memahami potensi sistem ini. Pertanyaannya tetap – dapatkah kita memanfaatkan kegelapan seperti kita memanfaatkan cahaya untuk membangun teknologi baru yang kuat?

Sekarang, para peneliti dari Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) telah mengembangkan metode baru untuk mengontrol dan membentuk singularitas optik. Teknik ini dapat digunakan untuk merekayasa singularitas berbagai bentuk, di luar garis lurus atau lengkung sederhana. Untuk mendemonstrasikan metode mereka, para peneliti membuat kertas singularitas berbentuk hati.

Sifat polarisasi

Prosedur rekayasa singularitas juga telah diterapkan untuk menciptakan singularitas yang lebih eksotis, seperti lembar polarisasi singularitas. Di sini, sifat polarisasi (seperti azimuth polarisasi, sudut ellipsoid, dan intensitas) dari bidang cahaya yang terstruktur secara eksperimental dibandingkan dengan prediksi numerik. Kredit: Daniel Lim/Harvard SEAS

“Teknik holografik konvensional bagus dalam membentuk cahaya, tetapi mereka berjuang untuk membentuk kegelapan,” kata Federico Capasso, Profesor Fisika Terapan Robert L. Wallace dan Rekan Fenton Hayes di Teknik Elektro di SEAS dan penulis senior penelitian. “Kami telah mendemonstrasikan rekayasa singularitas sesuai permintaan, yang membuka berbagai kemungkinan dalam bidang skala besar, mulai dari teknik mikroskop ultra-resolusi hingga perangkap atom dan partikel baru.”

READ  Ilmuwan masih terjebak dengan perilaku Betelgeuse setahun setelah episode pemadaman aneh mereka

Pencarian dipublikasikan di Koneksi Alam.

Capasso dan timnya menggunakan permukaan datar dengan nanopilar kecil untuk membentuk singularitas.

“Metasurface memiringkan muka gelombang cahaya dengan cara yang tepat pada permukaan sehingga pola interferensi cahaya yang ditransmisikan menghasilkan wilayah kegelapan yang luas,” kata Daniel Lim, seorang mahasiswa pascasarjana SEAS dan penulis pertama makalah penelitian. “Pendekatan ini memungkinkan kami untuk secara tepat merekayasa area gelap dengan kontras yang sangat tinggi.”

Metasurfaces Nanopillars Nanofins

Metasurfaces, yang merupakan permukaan berstruktur nano yang mengandung bentuk seperti nanopilar (kiri) dan nanofin (kanan), digunakan untuk mencapai struktur singularitas ini secara eksperimental. Gambar di atas menunjukkan pemindaian gambar mikroskop elektron dari struktur nano titanium dioksida yang digunakan untuk secara tepat membentuk muka gelombang cahaya dalam menghasilkan lembaran singularitas. Kredit: Daniel Lim/Harvard SEAS

Singularitas yang direkayasa dapat digunakan untuk menjebak atom di daerah gelap. Singularitas ini juga dapat meningkatkan pencitraan resolusi ultra-tinggi. Sementara cahaya hanya dapat difokuskan pada daerah dengan ukuran sekitar setengah panjang gelombang (batas difraksi), kegelapan tidak memiliki batas difraksi, yang berarti dapat dilokalisasi ke berbagai ukuran. Hal ini memungkinkan kegelapan untuk berinteraksi dengan partikel pada skala panjang gelombang yang jauh lebih kecil daripada cahaya. Ini dapat digunakan untuk memberikan informasi tentang tidak hanya ukuran dan bentuk partikel tetapi juga orientasinya.

Singularitas yang direkayasa dapat melampaui gelombang cahaya ke jenis gelombang lainnya.

“Anda juga dapat merekayasa zona mati dalam gelombang radio atau zona sunyi dalam gelombang suara,” kata Lim. “Penelitian ini menunjukkan kemungkinan merancang topologi kompleks dalam fisika gelombang selain optik, dari berkas elektron hingga akustik.”

Referensi: “Keunikan Fase Geometri dan Makalah Polarisasi” Oleh Soon Wei Daniel Lim, John Suh Park, Marina El Meritska, Ahmed H. Dora, dan Federico Capasso, 7 Juli 2021 Tersedia di sini. Koneksi Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-24493-y

READ  Ilmuwan NASA Bahas Keberhasilan Pendaratan Pesawat Luar Angkasa Tenacity di Mars | Ilmu

Kantor Pengembangan Teknologi Universitas Harvard telah melindungi kekayaan intelektual yang terkait dengan proyek ini dan sedang menjajaki peluang komersialisasi.

Makalah ini ditulis bersama oleh Joon-Suh Park, Maryna L. Meretska, dan Ahmed H. dora. Hal ini didukung sebagian oleh Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara dengan nomor penghargaan FA9550-19-1-0135 dan oleh Kantor Penelitian Angkatan Laut (ONR) dengan nomor penghargaan N00014-20-1-2450.