Forskare vid Chalmers tekniska universitet har upptäckt varför det finns en hastighetsbegränsning för hur snabbt ljusets egenskaper kan ändras med hjälp av specialdesignade material. Denna nya förståelse kan peka vägen framåt för nästa generations konsumentelektronik, som smarta klockor, skärmar och glasögon. Upphovsman:Sophie Viaene och Vincent Ginis
Hastighetsbegränsningar gäller inte bara för trafik. Det finns också begränsningar för kontrollen av ljus, i optiska switchar för internettrafik, till exempel. Fysiker vid Chalmers tekniska universitet förstår nu varför det inte är möjligt att öka hastigheten över en viss gräns - och känner till under vilka omständigheter det är bäst att välja en annan väg.
Ljus och andra elektromagnetiska vågor spelar en avgörande roll i nästan all modern elektronik, till exempel i våra mobiltelefoner. Under de senaste åren har forskare utvecklat konstgjorda specialmaterial - kända som optomekaniska metamaterial - som övervinner begränsningarna i naturmaterial, för att styra ljusets egenskaper med hög precision.
Till exempel, vad som kallas optiska omkopplare används för att ändra färg eller intensitet av ljus. I internettrafik kan dessa switchar slås på och av upp till 100 miljarder gånger på en enda sekund. Men utöver det kan hastigheten inte ökas ytterligare. Dessa unika specialmaterial omfattas också av denna gräns.
"Forskare hade stora förhoppningar om att uppnå högre och högre hastigheter i optiska switchar genom att vidareutveckla optomekaniska metamaterial. Vi vet nu varför dessa material inte lyckades utkonkurrera befintlig teknik i internettrafik och mobila kommunikationsnät, "säger Sophie Viaene, en nanofotonforskare vid Institutionen för fysik på Chalmers.
Chalmersforskarna Sophie Viaene och Philippe Tassin publicerade nyligen sina forskningsresultat inom nanofotonik i den väl respekterade tidskriften Fysiska granskningsbrev . De har bestämt vilken riktning de ska ta inom sitt forskningsområde. Kredit:Mia Halleröd Palmgren/ Chalmers tekniska universitet
För att ta reda på varför det finns hastighetsbegränsningar och vad de betyder, Viaene gick utanför optikområdet och analyserade fenomenet med hjälp av vad som kallas icke-linjär dynamik i sin doktorsavhandling. Slutsatsen hon kom fram till är att det är nödvändigt att välja en annan väg för att kringgå hastighetsgränserna:istället för att styra en hel yta på en gång, interaktionen med ljus kan styras mer effektivt genom att manipulera en partikel i taget. Ett annat sätt att lösa problemet är att låta specialmaterialet förbli i konstant rörelse med en konstant hastighet och mäta variationerna från denna rörelse.
Men Viaene och hennes handledare, Docent Philippe Tassin, säg att hastighetsbegränsningen inte utgör ett problem för alla applikationer. Det är inte nödvändigt att ändra ljusets egenskaper vid så höga hastigheter för skärmar och olika typer av skärmar. Så det finns stor potential för användning av dessa specialmaterial här, eftersom de är tunna och kan vara flexibla.
Deras resultat har bestämt åt vilket håll forskarna ska ta inom detta forskningsområde, och den vetenskapliga artikeln publicerades nyligen i den högt ansedda tidskriften Fysiska granskningsbrev . Vägen är nu öppen för de ständigt smartare klockorna, framtidens skärmar och glasögon.
"Hastighetsbegränsningen är inte ett problem i applikationer där vi ser ljuset, eftersom våra ögon inte reagerar så snabbt. Vi ser en stor potential för optomekaniska metamaterial i utvecklingen av tunna, flexibla prylar för interaktiv visualiseringsteknik, säger Tassin, docent vid Institutionen för fysik på Chalmers.
