Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek
Nano-elektromagneetjes maken onzichtbaarheidsmantel mogelijk
27 november 2009
Nano-elektromagneetjes aangedreven door magneetveld van licht
Een team van wetenschappers bij FOM-instituut AMOLF is er voor het
eerst in geslaagd om energieoverdracht tussen nano-elektromagneetjes
aan te drijven met het magnetisch veld van licht. Deze doorbraak is
van groot belang in de zoektocht naar magnetische 'metamaterialen' die
lichtstralen in alle mogelijke richtingen kunnen afbuigen. Hiermee zou
het mogelijk zijn perfecte lenzen te maken en op termijn zelfs
'onzichtbaarheidsmantels'. De AMOLF-onderzoekers Ivana Sersic, Martin
Frimmer, Ewold Verhagen en Vidi-laureaat en groepsleider Femius
Koenderink publiceerden hun resultaten in het toonaangevende
tijdschrift Physical Review Letters.
De onderzoekers bestudeerden kunstmatige metamaterialen die bestaan
uit heel kleine U-vormige nanoringen van metaal. Het
elektromagnetische veld van licht drijft ladingen heen en weer, en
veroorzaakt daardoor een wisselstroom in elk U-tje. De kleine opening
aan de bovenzijde van de ring zorgt er voor dat de stroom bij de
frequenties van licht gaat rondzingen. Op deze manier is elke ring een
klein maar sterk elektromagneetje waarvan de noord- en zuidpool 500
biljoen keer per seconde omkeren.
Zeer sterke interactie
Door te meten hoeveel licht er door een dicht rooster van deze
elektromagneetjes heen komt, deden de onderzoekers een belangrijke
ontdekking. Het blijkt dat, als de kringstroompjes in gang zijn gezet
door licht, de magneetjes elkaar ook beïnvloeden en kunnen aandrijven.
De onderzoekers tonen ook voor het eerst aan dat de interactie met het
magneetveld van licht in deze nieuwe materialen zeer sterk is; net zo
sterk als de interactie met het elektrisch veld in de beste
'klassieke' optische materialen. Met dit verbeterde begrip van de
nanomagneetjes en hun interactie met licht hebben de onderzoekers alle
ingrediënten in handen om licht in willekeurige banen te leiden. Dit
maakt de ontwikkeling van perfecte lenzen en zelf
onzichtbaarheidsmantels mogelijk.
Snelle magneetvelden
Staafmagneten kennen we allemaal: het zijn zogeheten dipolen met een
noordpool en een zuidpool, die de neiging hebben om elkaars tegenpolen
aan te trekken, en gelijksoortige polen af te stoten. Ook weten we dat
magneten zich, zoals een kompas, richten langs een magneetveld. Op
deze manier kun je met magneetvelden magneten manipuleren, en andersom
kun je met behulp van magneten controle uitoefenen over magneetvelden.
Deze alledaagse intuïtie werkt bijzonder goed voor langzaam
veranderende magneetvelden, maar niet voor zeer snel veranderende
magneetvelden.
Handicap voor optica
Licht is een elektromagnetische golf die bestaat uit een zeer snel op-
en neergaand elektrisch veld en een bijhorend magneetveld. In principe
kun je elektromagnetische golven naar believen sturen door zowel het
elektrisch veld als het magneetveld van licht te manipuleren. Maar bij
heel hoge frequenties van licht (500 THz, 500 biljoen trillingen per
seconde) reageren atomen nauwelijks op magneetvelden. Hierdoor hebben
normale materialen alleen controle over het elektrisch veld van licht,
niet op het magneetveld. Dit betekent dat normale optica (lenzen,
spiegels en glasfibers) moet werken met een handicap. Maar met
kunstmatige `metamaterialen' is deze controle dus wel mogelijk.
Voor zijn baanbrekende onderzoek ontving Femius Koenderink in 2006 een
Veni uit de Vernieuwingsimpuls van NWO. Op dinsdag 24 november maakte
NWO bekend dat hij nu ook een Vidi in de wacht heeft gesleept. Deze
Vidi stelt Femius Koenderink in staat om zijn onderzoek voort te
zetten.
Over NWO
NWO is dé nationale wetenschapsfinancier en heeft tot taak het
wetenschappelijke onderzoek in Nederland te laten excelleren via
nationale competitie. Jaarlijks geeft NWO ruim 700 miljoen euro uit
aan subsidies voor toponderzoek en toponderzoekers, vernieuwende
instrumenten en apparatuur, en aan instituten waar toponderzoek wordt
bedreven. NWO financiert het onderzoek van ruim 5300 getalenteerde
wetenschappers aan universiteiten en instellingen. Selectie door
middel van peer review is in handen van onafhankelijke deskundigen.
NWO bevordert de overdracht van kennis naar de maatschappij.
..............................
Meer informatie bij:
* Femius Koenderink, tel. +31 (0)20 754 71 89
* Referentie Electric and magnetic dipole coupling in near-infrared
split-ring metamaterial arrays, I. Sersic, M. Frimmer, E. Verhagen
en A. F. Koenderink.
Per 20 november 2009 online, Physical Review Letters 103, 213902
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.103.213902