Regnbågar bildas när ljus böjer sig eller bryts när det kommer in och ut ur en vattendroppe. Mängden som ljuset böjer beror på ljusets färg, vilket resulterar i att vitt ljus delas upp i ett vackert spektrum av färger. Brytningsindex, ett av verktygen som optiska ingenjörer använder för att styra ljus, beskriver samspelet mellan ljus och materia.

Nyligen, material som har ett brytningsindex som försvinner har fått ett betydande intresse i de vetenskapliga och tekniska samhällena. Dessa material, kallade epsilon-near-zero (ENZ) material, visa stort löfte för applikationer för att avbilda små föremål, detektera små koncentrationer av riktade molekyler (t.ex. explosiva varor, giftiga kemikalier, föroreningar) och möjliggör en ny generation optiska enheter och kretsar.

Ett team från University of Notre Dame i samarbete med forskare vid University of Texas i Austin, Cornell University och University of Massachusetts i Lowell har visat hur de optiska egenskaperna hos ENZ -material kan konstrueras för att förbättra optiska enheter. Deras arbete använder många av samma material som används i industrin för högeffektelektronik och kan en dag möjliggöra integration av detta nya optiska beteende i optiska enheter.

Optiska enheter skapar, manipulera eller mäta elektromagnetisk strålning - ljus, både det synliga och det osynliga. Glasögon och kameralinser, mikroskop och teleskop, lasrar, ljusdioder och solceller är exempel på vanliga optiska enheter som har utvecklats för att se och känna världen. Var och en av dessa enheter utnyttjar brytningsindexet på ett annat sätt.

Teamet delade sina resultat i en nyligen publicerad artikel Optik Express .

"Många molekyler har vibrationslägen i det mellersta infraröda spektralområdet, och dessa vibrationer kan användas för att upptäcka dem, "sade Irfan Khan, en doktorand i elektroteknik och tidningens huvudförfattare. "Vi använde ENZ -material för att koppla till ett speciellt optiskt läge, känd som Berreman -läget, att konstruera specifika optiska svar i halvledarmaterial som för närvarande används inom industrin. "

Att konstruera dessa nya optiska lägen med hjälp av halvledarmaterial är ett kritiskt steg för att införliva ENZ -material i framtida optiska enheter och kretsar, säger Anthony Hoffman, docent i elektroteknik och projektledare.

"Det faktum att ENZ -material är lättillgängliga, enkla att tillverka och fungera bra i mycket liten skala gör dem också idealiska för en mängd olika applikationer. "