Αριστερόστροφα υλικά: Συμβατά με βασικές αρχές της φυσικής.

Από το δίκτυο, Μάρτιος 2003

Τα αριστερόστροφα υλικά (LHM), είναι υλικά με αρνητικό δείκτη διάθλασης, και μπορούν κατ' αρχήν να εστιάσουν το φως χωρίς να χρειάζεται να έχουν καμπύλες επιφάνειες όπως στους συνηθισμένους φακούς.

Οι πρώτες παρατηρήσεις για τέτοια "μετα-υλικά" ( αποτελούνται από εναλλασσόμενες στρώσεις μεταλλικών ράβδων και δακτυλίων σχήματος "C", που τοποθετούνται πάνω σε κυψελοειδείς διατάξεις σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων), έγιναν πριν από τρία χρόνια. 

Τότε κάποιοι θεωρητικοί είπαν ότι ναι μεν η φασική ταχύτητα του κύματος διαθλάται αρνητικά, η ομαδική ταχύτητα όμως ενός παλμού φωτός δεν παθαίνει αρνητική διάθλαση. Κάποιοι άλλοι σχολίασαν ότι η αρνητική διάθλαση θα παραβίαζε την αιτιότητα, αφού θα επέτρεπε για τις ακτίνες και ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός. 
Αρκετά πειράματα και εξομοιώσεις, μας δείχνουν τώρα ότι η αρνητική διάθλαση είναι μια πραγματικότητα και η αιτιότητα δεν παραβιάζεται σ' αυτήν. 

Ο Κώστας Σούκουλης και οι συνεργάτες του στο πανεπιστήμιο της Iowa στις ΗΠΑ, καθώς και μια ομάδα από το εργαστήριο FORTH του Ινστιτούτου Υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο Κρήτης, εκτέλεσαν εικονικά πειράματα στον υπολογιστή, εξομοιώνοντας τη δράση ενος αριστερόστροφου φωτονικού κρυστάλλου. Αποδείχθηκε ότι η αρχή της αιτιότητας παραμένει άθικτη στα υλικά αυτά. Βλέπε: (Σ. Φωτεινοπούλου και άλλοι . 2003 Phys. Rev. Lett. 90 107402).

Οι ερευνητές έλυσαν τις εξισώσεις Maxwell για να μελετήσουν πως εξελίσσονται ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα με τον χρόνο, καθώς συναντά την επιφάνεια ενός υλικού με αρνητικό δείκτη διάθλασης. Είδαν ότι η εισερχόμενη δέσμη διαθλάστηκε κατά την αρνητική κατεύθυνση καθώς αναμενόταν, αλλά παρατήρησαν επίσης και ότι η διάθλαση αυτή δεν συνέβη κατευθείαν. Αντιθέτως, το μέτωπο κύματος προσωρινά παγιδεύτηκε στην περιοχή της επιφάνειας. Ο Σούκουλης και οι συνεργάτες του σχολιάζουν ότι η καθυστέρηση που προκλήθηκε από την παγίδευση, εξηγεί πως οι εξωτερικές ακτίνες της δέσμης, εμφανίζονται να κινούνται ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός.

Οι υπολογισμοί αυτοί είναι μια σημαντική απόδειξη ότι η ταχύτητα του φωτός δεν παραβιάζεται από την αρνητική διάθλαση, λέει ο John Pendry, θεωρητικός στο Imperial College του Λονδίνου.

Αρκετές ομάδες πειραματικών φυσικών, από διάφορα εργαστήρια, ασχολούνται τελευταία με την ανάπτυξη αριστερόστροφων υλικών.

Κατά το συνέδριο της Αμερικανικής Ένωσης Φυσικής στο Austin, του Texas, την προηγούμενη βδομάδα, δύο εργαστήρια ανέφεραν ότι είχαν κατασκευάσει τα δικά τους LHM που εμφάνιζαν συμπεριφορά αρνητικού δείκτη διάθλασης, όταν μικροκυματική ακτινοβολία περνούσε μέσα από "πρίσμα" από LHM. Μια ομάδα από το MIT είπε ότι τα μικροκύματα που εισέρχονταν σε δείγμα από LHM διαθλούνταν σύμφωνα με τον νόμο του Snell, την κλασσική δηλαδή εξίσωση που περιγράφει τι συμβαίνει όταν το φως περνάει από ένα μέσον σε ένα άλλο, αλλά με αρνητικό πρόσημο. Το πείραμα του MIT επίσης δίνει ενδείξεις ότι το φως από μια σημειακή πηγή μπορεί να εστιαστεί με τη βοήθεια μιας επίπεδης ορθογώνιας πλάκας από LHM υλικό. 

Τα παραπάνω θα δημοσιευτούν στο προσεχές τεύχος του περιοδικού Physical Review Letters. Ο Patanjali Parimi από το πανεπιστήμιο Northeasterne ανέφερε επίσης στο συνέδριο ότι η ομάδα του είχε παρατηρήσει επίσης διάδοση με αρνητικό δείκτη διάθλασης σε μικροκύματα μέσω δείγματος LHM υλικού. 

Δύο θεωρητικοί που ήταν παρόντες στη συνάντηση, οι Clifford Krowne (από το Εργαστήριο Ερευνών του Ναυτικού) και  Alexandre Pokrovski (από το πανεπιστήμιο της Utah), επιβεβαίωσαν ότι τα πειραματικά αποτελέσματα έδειχναν πράγματι την ύπαρξη αριστερόστροφων μετα-υλικών. Ένα προηγούμενο κριτήριο όμως που εθεωρείτο απαραίτητο για τη συμπεριφορά των LHM, και λέει ότι  πρέπει η ηλεκτρική διαπερατότητα του υλικού (η οποία μετρά την απόκριση του υλικού στην εφαρμογή  ηλεκτρικού  πεδίου) και η μαγνητική επιδεκτικότητα (η οποία μετρά την απόκριση του υλικού σε μαγνητικό πεδίο) να είναι και οι δύο αρνητικές, δεν χρειάζεται να ισχύει αυστηρά. 

Οι πιθανές εφαρμογές του φαινομένου στην κυψελωτή τηλεφωνία και μόνο. είναι αρκετές. Οι συσκευές LHM θα ήταν βολικές για φιλτράρισμα, καθοδήγηση και εστίαση των μικροκυμάτων. Ακόμα πιο πέρα, κανείς θα μπορούσε να περιμένει νέα οπτικά φαινόμενα όταν τα υλικά με αρνητικό δείκτη διάθλασης  επεκταθούν στην περιοχή του ορατού φάσματος. 

Αναφορά : http://sagar.physics.neu.edu/