제로 인덱스 도파로
2015 년 하버드 대학 연구원은 굴절률이 0 인 최초의 메타 메타 물질을 개발하여 빛의 위상을 무한히 길게 늘릴 수 있었다. 메타물질은 빛을 조작하는 새로운 방법이었으며 다양한 기능을 수행하기 위해 전자가 아닌 빛을 사용하는 집적 광 회로를 개발하는데 중요한 역할을 할 것이다.
현재 연구원들은 이 기술을 더욱 발전시켜 현재 실리콘 광자 기술과 호환되는 제로 인덱스인 도파로를 개발했다. 이로써 연구팀은 일반적으로 관찰할 수 없는 물리적 현상, 즉 빛의 정상파를 관찰했다.
이 연구는 ACS Photonics에 발표되었다. 하버드 기술 개발 사무소 (Harvard Office of Technology Development)는 특허 신청서를 제출하고 상업화 기회를 모색하고 있다.
빛의 파장이 재료를 통과할 때 재료의 속성에 따라 그 마루와 골이 응축되거나 늘어난다. 광파의 마루가 얼마나 응축되는지는 굴절률이라고하는 비율로 표현된다. 인덱스가 높을수록 파장이 급격히 줄어든다.
굴절률을 0으로 줄이면 빛은 더 이상 움직이는 물결처럼 행동하지 않고 일련의 마루와 골 (달리 말해 위상)를 통해 이동한다. 대신 파동은 무한대로 길게 늘여 일정한 위상을 만든다. 위상은 공간이 아니라 시간의 변수로만 진동한다.
이것은 대부분의 광학 장치가 회로를 통해 이동할 때 동기로 전파해야 하는 둘 이상의 파 사이의 상호 작용을 사용하기 때문에 집적화된 포토닉스에 적합하다. 파장이 무한히 길다면 빛의 파장의 위상을 맞추는 것이 문제가 되지 않는다. 왜냐하면 광학 필드가 모든 곳에서 동일하기 때문이다.
일반적으로 빛의 파장은 너무 작아서 평균을 측정하기에는 너무 빠르게 진동한다. 파장을 실제로 볼 수 있는 유일한 방법은 두 개의 파장을 결합하여 간섭을 만드는 것이다.
양쪽에 고정된 기타의 현처럼 끈이 퉁길 때, 파동은 끈을 통과하여 다른 쪽의 핀을 치고 다시 반사되어 두 개의 파동이 같은 주파수로 반대 방향으로 움직이다. 이런 종류의 간섭을 정상파라고 한다.
연구팀은 장치를 통해 반대 방향으로 광선을 비추어 빛을 "고정"하여 정상파를 생성했다. 개별 파는 여전히 빠르게 진동했지만 반대 방향으로 같은 주파수로 진동했는데, 어떤 지점에서 서로를 제거하고 함께 추가한 다른 지점을 의미하여 모든 밝거나 어두운 패턴을 만들어 냈다. 그리고 제로 인덱스 소재로 인해 팀은 충분히 넓은 파장을 늘릴 수 있었다.
무한히 긴 파장의 정상파가 처음으로 발견된 것은 이번이 처음일 것이다.
제로 인덱스 체제에 특이한 물리학이 있으며, 이제는 집적화된 포토닉스를 개발하는데 도움을 줄 것이다. 이것은 기존의 광학 장치에 직접 연결할 수 있고 제로 인덱스 현상을 실제로 사용할 수 있다는 것을 의미하기 때문에 중요한 단계이다. 미래의 양자 컴퓨터는 광자를 통해 통신하는 여기 원자의 네트워크를 기반으로 할 수 있다. 원자의 상호 작용 범위는 빛의 파장과 거의 같다. 파장을 크게 함으로써 장거리 상호 작용을 통해 양자 소자를 확장할 수 있다. "
