“Siêu vật liệu” có ứng dụng tốt hơn trong quang học và truyền thông

Theo Vladimir Shalaev, Giáo sư Kỹ thuật điện và máy tính, nghiên cứu này là một bước tiến lớn vì nó cho thấy có thể có chỉ số khúc xạ âm trong quang học, làm tăng khả năng khai thác hiện tượng này cho các dụng cụ quang học và truyền thông.

Vật liệu mới bao gồm các “thanh nano” bằng vàng nhỏ, song song, dẫn các đám mây electron gọi là các “plasmom” với tần số ánh sáng được cho là cận hồng ngoại. Kích thước bước sóng của ánh sáng cận hồng ngoại này là 1,5 micron, hoặc một phần triệu của mét, là bước sóng ánh sáng được sử dụng trong truyền thông bằng sợi quang. Đây là bước sóng quan trọng nhất đối với truyền thông.

Một trở ngại chính hiện nay cản trở sự phát triển của thiết bị quang-điện tử là các bước sóng ánh sáng quá lớn không phù hợp với các đặc trưng rất nhỏ cần cho vi mạch và linh kiện nhỏ. Tuy nhiên, theo Shalaev, các “vật liệu nano plasmom” có khả năng nén ép bước sóng ánh sáng vào các khoảng không nhỏ hơn nhiều.

Nhiều nhóm nghiên cứu khác nhau đã chế tạo các “siêu vật liệu” được làm từ các vòng và thanh kim loại nhỏ có chỉ số khúc xạ âm. Cho đến nay chưa có được siêu vật liệu nào có chỉ số khúc xạ âm đối với ánh sáng nhìn thấy, tuy nhiên hiện nay các nhà nghiên cứu của trường Purdue đã chế tạo được siêu vật liệu đầu tiên có chỉ số khúc xạ âm ở vùng cận hồng ngoại của phổ. Vùng này ở ngay ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy, cho thấy tính khả thi của việc ứng dụng phương pháp này cho truyền thông và máy tính. Thách thức là chế tạo cấu trúc không chỉ có phản ứng điện, mà còn có phản ứng từ trong vùng cận hồng ngoại.

Các thanh nano vàng dẫn các đám mây electron, tất cả cùng chuyển động như là một vật thể duy nhất mà không phải là hàng triệu electron riêng lẻ. Các nhóm electron này được gọi là plasmon. Ánh sáng của lade hoặc một nguồn sáng nào đó chiếu lên các thanh nano, gây ra một “dòng điện điện-quang” trong mạch rất nhỏ. Mỗi thanh dày khoảng 100 nano mét, bằng 100 phần triệu của mét, và dài 700 nano mét. Shalaev cho biết, các thanh này dẫn điện vì chúng là kim loại, tạo ra hiệu ứng gọi là điện cảm quang học, trong khi vật liệu giữa các thanh này tạo ra một hiệu ứng khác gọi là điện dung quang học. Kết quả là hình thành mạch điện từ rất nhỏ, tuy nhiên, mạch này hoạt động ở các tần số cao hơn các mạch thông thường, trong vùng phổ gọi là tần số quang học, bao gồm cả cận hồng ngoại. Như vậy, đã tạo ra được một cấu trúc hoạt động với tính cách như là một mạch quang học và tương tác hiệu quả với hai cấu phần trường của ánh sáng: điện trường và từ trường.

Nguồn: Sciencedaily; vista29/6/2006