Учёные создали первый материал, в котором свет может распространяться с бесконечной скоростью. Новый метаматериал на чипе с нулевым показателем преломления может найти широкое применение в фотонных устройствах, которые используют свет для быстрой передачи больших объёмов информации.
«Обычно свет не любит, когда его сжимают или видоизменяют, но этот метаматериал позволяет управлять светом, передавая его с одного чипа на другой, сжимать, изгибать, скручивать и уменьшать диаметр луча от макромасштаба до наномасштаба, — сказал Эрик Мазур, один из исследователей, в пресс-релизе. — Это замечательный способ управления светом».
Можно было бы подумать, что такая бесконечно высокая скорость нарушила бы закон относительности. Однако это не так. Ничто во Вселенной не распространяется быстрее света, переносящего информацию, но у света есть ещё одна скорость, которая измеряется тем, как быстро движутся гребни волны, — это фазовая скорость. Эта скорость света увеличивается или уменьшается в зависимости от материала, через который он проходит. Например, фазовая скорость света уменьшается при прохождении через воду.
Однако в материале с нулевым показателем преломления фазовый сдвиг отсутствует. Это означает, что свет больше не ведёт себя как движущаяся волна, распространяющаяся в пространстве в виде череды гребней и впадин. Вместо этого материал с нулевым показателем преломления создаёт постоянную фазу, растянутую на бесконечно длинные волны. Гребни и впадины колеблются только во времени, а не в пространстве.
«Интегрированным фотонным схемам мешает слабое и неэффективное удержание оптической энергии в стандартных кремниевых волноводах, — сказал Ян Ли, один из исследователей. — Этот метаматериал с нулевым показателем преломления предлагает решение для удержания электромагнитной энергии в различных конфигурациях волноводов, поскольку его высокая внутренняя фазовая скорость обеспечивает полную передачу независимо от конфигурации материала».
Новый метаматериал можно использовать в квантовой механике, и он может быть особенно полезен для будущей электроники.