Forskare vid Duke University har upptäckt att en perfekt absorberare av elektromagnetiska vågor som de beskrev i ett papper från 2017 lätt kan finjusteras till en slags "tidsomvänd laser", känd som en koherent perfekt absorber (CPA).

Forskningen dök upp online den 28 januari i tidningen Avancerade optiska material .

En laser är en enhet som omvandlar energi till koherent ljus, vilket betyder att ljusvågorna är perfekt anpassade till varandra. Omvänd processen, en CPA-ibland kallad en tidsomvänd laser-är en enhet som absorberar all energi från två identiska elektromagnetiska vågor som träffar den från vardera sidan i perfekt synkronisering. Det är, topparna och dalarna i deras vågor kommer in i materialet från båda sidor på exakt samma tid.

År 2017, Willie Padilla, professor i el- och datateknik vid Duke, byggde det första materialet som kunde absorbera nästan 100 procent av en elektromagnetisk vågs energi utan att ens innehålla en atom av metall. Enheten var ett metamaterial - syntetmaterial bestående av många individuella, konstruerade funktioner som tillsammans producerar egenskaper som inte finns i naturen.

Detta speciella metamaterial innehöll zirkoniumkeramik konstruerad till en yta som dimper med cylindrar som ytan på ett Lego -tegel. Efter beräkningsmässig modellering av enhetens egenskaper genom att ändra cylinderns storlek och avstånd, forskarna insåg att de faktiskt hade skapat en mer grundläggande typ av CPA.

"Vi har studerat detta system tidigare som en perfekt absorberare, men nu har vi kommit på att den här enheten också kan konfigureras till att vara en CPA, "sade Padilla." Denna studie har visat att dessa till synes olika fält faktiskt är ett och samma. "

De CPA som för närvarande beskrivs i litteraturen har alla bara ett sätt. De fungerar när de inkommande elektromagnetiska vågorna antingen är perfekt inriktade eller perfekt ur synkronisering. Padilla och Kebin Fan, en forskningsassistent professor i Padillas laboratorium, har upptäckt att deras perfekta absorberare faktiskt är en CPA med två överlappande lägen:den kan absorbera både inriktade och felinriktade vågor.

Genom att ändra materialets parametrar så att de två lägena inte längre överlappar varandra, Padilla och Fan kunde visa att det lätt skulle kunna bli precis som CPA som för närvarande finns i litteraturen, men med mycket mer mångsidighet.

"Typiska CPA har bara en variabel, materialets tjocklek, "sa Fan." Vi har tre:cylindrarnas radie, höjd och periodicitet. Detta ger oss mycket mer utrymme att skräddarsy dessa lägen och sätta dem i frekvensspektrumet där vi vill ha dem, vilket ger oss stor flexibilitet för att skräddarsy CPA:erna. "

I tidningen, forskarna visar att deras enhet kan växla mellan att absorbera alla faser av elektromagnetiska vågor och bara de som är synkroniserade med varandra bara genom att öka cylinderns höjd från 1,1 millimeter till 1,4. Med denna enkla övergång, de tror att det borde vara möjligt att konstruera ett material som dynamiskt kan växla mellan de två.

"Vi har inte gjort det än "sade Padilla." Det är utmanande, men det är på vår agenda. "

Det finns för närvarande inga enheter som använder CPA:s förmågor, Padilla och Fan har några i åtanke. I princip, forskare kan konstruera en enhet som inte bara mäter intensiteten av inkommande ljus som en vanlig kamera, men också dess fas.

"Om du försöker ta reda på egenskaperna hos ett material, ju fler mått du har, ju mer du kan förstå om materialet, "sa Padilla." Och även om det finns koherenta detektorer - har vi en i vårt eget labb, faktiskt - de är extremt dyra att bygga genom annan teknik. "