
Группа ученых из Гарвардского университета спроектировала и экспериментально продемонстрировала первый метаматериал с нулевым показателем преломления, пригодный для использования в оптических интегральных схемах. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Photonics.
С развитием нанотехнологий бурное развитие получили технологии создания метаматериалов — то есть искусственных материалов, свойства которых определяются структурой составляющих их элементов. Это привело к тому, что сегодня можно создать материал с практически произвольными наперед заданными оптическими свойствами, в том числе и такими, которые сложно найти в природе.Особый интерес вызывает возможность создания метаматериалов с нулевым показателем преломления. Как известно, показатель преломления равен отношению фазовых скоростей световой волны в вакууме и в материале. Это означает, что в средах с нулевым показателем преломления фазовая скорость бесконечна.
Фазовая скорость — это характеристика волны, показывающая с какой скоростью бегут ее «горбы» и «впадины». Несмотря на то, что интуитивно кажется, что это и есть скорость распространения волны, на самом деле, это не так. Скорость распространения волны (или, вернее, волнового импульса) равна скорости, с которой бежит ее огибающая, и она равна так называемой групповой скорости волн. Образно разницу между фазовой и групповой скоростью можно себе представить как поезд (это волновой импульс) по бокам которого бегут огоньки горизонтальной гирлянды (это «горбы» волны). Очевидно, что огоньки могут бежать с произвольной скоростью и эта скорость никак не влияет на то, насколько быстро они доедут из Москвы в Петербург. Таким образом, фазовая скорость может быть как сколь угодно малой, так и сколь угодной большой — вплоть до бесконечности — и это не нарушает принципа относительности Эйнштейна, поскольку фаза волны не переносит ни информацию, ни энергию.Бесконечность фазовой скорости означает, что во всех точках среды оптическое поле колеблется совершенно одинаково — оно меняется во времени, но в каждый из моментов времени оно совершенно одинаковое во всех точках пространства. Возвращаясь к образу с поездом и гирляндой, это будто лампочки гирлянды зажигаются не одна за другой, а все одновременно, и также одновременно гаснут.
