ENGINEERINGNET -- Tegelijkertijd wordt het licht zelf tot stilstand gebracht. De onderzoekers publiceren hun verrassende vinding in het toonaangevende tijdschrift Physical Review Letters.
Lichtgolven in vacuüm bewegen zich voort met een snelheid van bijna 300 duizend kilometer per seconde. In materialen zoals glas of plastic beweegt licht altijd langzamer dan in vacuüm.
Natuurkundigen gebruiken de 'brekingsindex' als maat voor die snelheid. Zo is de brekingsindex voor glas 1,5, wat betekent dat lichtgolven 1,5 keer langzamer bewegen dan in vacuüm. De brekingsindex bepaalt onder meer hoe licht wordt gefocusseerd in een lens of hoe het langs een glasvezelkabel wordt geleid in een internetverbinding.
Bijna alle natuurlijke materialen hebben een brekingsindex tussen 1 en 5.
De onderzoekers hebben nu de natuur omzeild door een structuur te ontwerpen met een brekingsindex die bijna gelijk is aan nul. Dat betekent dat de lichtgolven bijna oneindig snel voortbewegen.
Naast de snelheid van de golven (de 'fasesnelheid') kent licht ook een snelheid waarmee informatie zich voortplant, bijvoorbeeld in een communicatienetwerk, de zogenaamde 'groepssnelheid'.
Het verrassende aan het nieuwe materiaal is dat die groepssnelheid bijna nul wordt.
De Amsterdamse onderzoekers en hun Amerikaanse collega's doen onderzoek naar zogenaamde metamaterialen, materialen met bijzondere eigenschappen die niet in de natuur voorkomen. Deze worden gemaakt door materialen op te bouwen uit eenheden die veel kleiner zijn dan de golflengte van licht.
Het nieuwe metamateriaal bestaat uit een twee micrometer lang glazen staafje met een dun laagje zilver, waarin het licht zich voortplant. Als het buisje heel smal wordt gemaakt krijgt het licht een zeer sterke interactie met de metalen wand.
Voor hele smalle buisjes, met een diameter van zo'n 100 ... 200 nanometer, is die interactie zo sterk dat de brekingsindex van het licht bijna gelijk wordt aan nul.
Om de lichtgolven te bestuderen gebruikten de onderzoekers een nieuwe kathodeluminescentie-meettechniek die zij eerder op Amolf ontwikkelden. Door met de elektronenstraal in een elektronenmicroscoop de lichtgolven aan te slaan konden ze afbeeldingen maken van de lichtgolven in het buisje.
Ze ontdekten vervolgens dat ze in smalle buisjes de golflengte van het licht steeds groter konden maken tot de golven geheel verdwenen. In het buisje treden wel lichttrillingen op, maar hun golflengte is bijna oneindig.
Daarmee is de brekingsindex bijna nul. De vinding is overigens niet in strijd met Einsteins limiet, want in de experimenten vindt geen informatieoverdracht plaats met een snelheid groter dan die van het licht. Sterker nog, de snelheid van informatieoverdracht in het materiaal wordt zelf bijna nul. (bron & foto: Engineers Online)
