소식

Jun 09, 2023

빛을 위한 아르키메데스의 나사

Nature Communications 13권, 기사 번호: 2523(2022) 이 기사 인용 3980 액세스 12 인용 3 Altmetric Metrics 세부 정보 출판사 이 기사에 대한 수정은 8월 3일에 출판되었습니다.

Nature Communications 13권, 기사 번호: 2523(2022) 이 기사 인용

3980 액세스

12 인용

3 알트메트릭

측정항목 세부정보

이 기사에 대한 게시자 수정 사항이 2022년 8월 3일에 게시되었습니다.

이 기사는 업데이트되었습니다

아르키메데스의 나사는 물을 포획하여 더 높은 수준으로 들어 올려 에너지를 공급합니다. 우리는 광학 아르키메데스 나사의 첫 번째 사례를 소개하고 이 시스템이 어떻게 빛을 포착하고 끌고 증폭할 수 있는지 보여줍니다. 우리는 광범위한 키랄 시공간 매체 제품군에 대한 맥스웰 방정식에 대한 새로운 정확한 분석 솔루션을 공개하고, 광범위하게 조정 가능한 패리티-시간 분할 단계 내에서 키랄 선택적 증폭을 달성할 수 있는 잠재력을 보여줍니다. 원형 편광 빔을 사용한 펌프-프로브 실험을 통해 쉽게 구현될 수 있는 우리 연구는 시공간 메타물질의 떠오르는 장과 키랄 시스템의 장을 병합하여 시변 매질의 물리학에서 새로운 방향을 제시합니다. 키랄 분광학 및 감지에 잠재적으로 응용할 수 있는 위상 및 비-에르미트 포토닉스를 위한 놀이터입니다.

초박형 및 고도로 비선형적인 재료의 발견으로 인해 시간 종속 시스템에서 파동 상호 작용의 기본 측면이 최근 새로운 관심을 끌었습니다. 상호성 및 에너지 보존과 같은 제약에서 벗어나 이러한 시스템은 새롭고 이국적인 파도 행동을 가능하게 할 수 있습니다. 이 연구에서 우리는 유체에 대한 유명한 아르키메데스의 나사의 전자기적 유사성을 실현하면서 확립된 키랄 시스템 분야와 처음으로 이를 혼합함으로써 떠오르는 시공간 메타물질 분야에서 새로운 방향을 열었습니다.

파동 조작을 위한 시변 매체의 중요성은 포토닉스1,2,3 및 기계적 파동4,5 모두에서 자석 없는 비상호성을 달성하기 위한 10년 간의 탐구 중에 여러 제안에서 나타났습니다. 물질의 시간적 구조화는 파동 제어를 위한 몇 가지 새로운 길을 열어줍니다. 물질 매개변수의 주기적인 변조는 위상적으로 중요하지 않은 위상6뿐만 아니라 Floquet 위상 절연체7 및 합성 주파수 차원8을 갖는 위상 절연체의 설계를 가능하게 할 수 있습니다. 또한, 반응성 요소의 시간 의존성을 적절하게 조정하면 임의의 에너지 축적이 가능할 수 있는 반면, 시간 변조된 비 에르미트 요소를 도입하면 비상역적 모드 조정 및 이득10은 물론 이벤트 클로킹 및 완벽한 흡수11가 발생할 수 있습니다. 공간적으로 평평한 인터페이스의 표면파 결합. 비주기적 시스템에서 갑작스러운 전환은 시간 역전, 시간 굴절 및 이방성 유도 파 라우팅뿐만 아니라 주파수 변환, 대역폭 향상 및 앤더슨 위치 파악과 같은 새로운 방향의 열쇠를 쥐고 있습니다.

또한, 공간적 및 시간적 자유도의 조합을 통해 매개변수가 진행파형 방식으로 변조되는 시공간 메타물질은 최근 다음과 같은 근본적인 이유로 새로운 추진력을 획득했습니다. 이는 일반적인 상대론적 제약을 넘어 물리적 동작의 모방 및 일반화를 가능하게 하여 광학 항력26, 국소화27 및 새로운 증폭 메커니즘28,29을 유도하고 고조파 생성30, 빔 스티어링31 및 여러 소스32로부터의 전력 결합과 같은 실제 응용 분야에 적용됩니다. 시공간 변조에 대한 성공적인 실험에는 음향학5,7,33 및 탄성34, 마이크로파3,30, 적외선35 및 심지어 확산 시스템36에서의 작업이 포함되며 최근에는 다음과 같은 새로운 비선형 재료의 도입으로 인해 광학 영역에 더 가까이 다가가기 시작했습니다. ITO38 및 AZO39. 마지막으로, 시간적 메타물질과 시공간적 메타물질 모두에 대한 균질화 체계가 최근 개발되었습니다.

오래 전부터 확립되었지만 여전히 널리 퍼져 있는 다학제적 연구 분야는 키랄 시스템입니다. ("키랄"이라는 용어는 쌍동등방성 결합이 있는 매체를 의미하는 데에도 사용됩니다. 그러나 여기서는 나선형 특성만 언급합니다. 및 관련 원형 이색성 특성). 디스플레이 기술부터 분광학 및 바이오센싱에 이르는 중요한 기술적 응용으로 인해 키랄 전자기 시스템에 대한 수학적 연구는 수십 년 전으로 거슬러 올라갑니다43, 광학 활동에 대한 실험적 관찰은 19세기 비오(Biot)와 파스퇴르(Pasteur)의 초기 관찰까지 거슬러 올라갑니다44 . 키랄 매체 이론은 콜레스테릭 액정45뿐만 아니라 다양한 자연 발생 구조46의 연구에 성공적으로 적용되었으며, 메타물질의 출현 이후 음굴절47,48,49, 광대역 및 향상된 광학 활성50, 비대칭 전송51, 52,53 그리고 최근에는 토폴로지54.