Gelombang cahaya dibuat bertabrakan seolah-olah itu adalah benda masif – Dunia Fisika

Gelombang cahaya dibuat bertabrakan seolah-olah itu adalah benda masif – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 14 September 2023 4

Gambar skema tumbukan foton pada antarmuka waktu, menunjukkan dua gelombang merambat melintasi permukaan dua jam dan semburan warna kuning di tempat keduanya bertemu
Masuk: Gambar skema tumbukan foton pada antarmuka waktu, yang merupakan metamaterial yang dapat mengalami perubahan sifat elektromagnetiknya secara tiba-tiba dan besar. (Sumber: Anna Umana, Pusat Penelitian Sains Tingkat Lanjut di CUNY Graduate Center)

Foton dapat bertabrakan seolah-olah merupakan objek masif berkat metamaterial yang dikenal sebagai antarmuka waktu yang mengalami perubahan mendadak pada sifat optiknya. Ini adalah temuan para peneliti di City University of New York, AS, yang mengatakan bahwa penelitian mereka dapat diterapkan dalam komunikasi nirkabel, pencitraan, dan teknologi pemanenan energi.

Ketika dua benda saling bertabrakan, mereka bertabrakan dan energi kinetiknya kekal, hilang, atau bertambah, bergantung pada sifat mekaniknya. Sebaliknya, dua foton (gelombang elektromagnetik) umumnya saling berpapasan, meskipun perjumpaan keduanya dapat terwujud melalui fenomena gelombang seperti interferensi. Namun, situasinya sangat berbeda ketika mereka menyebarkan struktur yang hilang saat mereka melakukan intervensi. Dalam hal ini, energi dapat lewat di antara keduanya sehingga seluruhnya ditransmisikan atau diserap bergantung pada amplitudo dan fase relatif foton. “Kontrol gelombang koheren” seperti ini, sebagaimana diketahui, dapat dimanfaatkan untuk menciptakan fenomena seperti penyerapan sempurna – yaitu interferensi destruktif gelombang ketika energinya hilang sepenuhnya – dan untuk menyesuaikan jumlah penyerapan sesuai kebutuhan.

Peneliti dipimpin oleh fisikawan dan insinyur Andrea Alu kini telah menunjukkan bahwa mereka dapat menciptakan bentuk kontrol baru atas pertukaran energi antar foton. Dalam prosesnya, mereka menyadari analog fotonik dari tumbukan mekanis gelombang elektromagnetik menggunakan metamaterial yang dapat mengalami perubahan sifat elektromagnetik secara tiba-tiba dan besar. Variasi ini memungkinkan tim untuk membuat struktur yang dikenal sebagai antarmuka waktu.

“Ketika dua gelombang yang merambat dalam arah berlawanan mengalami antarmuka seperti itu saat saling tumpang tindih, mereka mengalami pertukaran energi yang sangat cepat, seolah-olah mereka adalah benda yang bertabrakan,” jelas Alù. “Fase relatif kedua gelombang dapat mengontrol sifat tumbukan ini, yang dapat menghemat energi, menghilangkannya, atau memperkuatnya.” Dalam bentuk kontrol gelombang koheren temporal ini, gelombang yang dipantulkan dari antarmuka waktu secara destruktif mengganggu gelombang yang dibiaskan. Dalam kondisi yang sesuai, hal ini memungkinkan satu atau bahkan kedua gelombang dibatalkan.

Membentuk pulsa elektromagnetik

Para peneliti mendapatkan ide untuk karya baru mereka setelah mereka bertanya-tanya apakah mungkin untuk menghapus gelombang mekanis yang tidak diinginkan, seperti tsunami atau gelombang seismik, dengan “melemparkan” gelombang lain yang serupa untuk melawannya. “Meskipun hasil seperti itu tidak mungkin terjadi dalam fisika gelombang konvensional, kami tahu bahwa pada prinsipnya hal itu mungkin terjadi dengan metamaterial temporal,” kata Emanuele Galiffi, seorang rekan pascadoktoral di laboratorium Alù dan penulis utama studi di Fisika Alam pada pekerjaan. “Eksperimen kami memungkinkan kami mendemonstrasikan konsep ini dalam penerapan gelombang elektromagnetik.”

Analog fotonik dari tumbukan mekanis ini juga dapat digunakan untuk membentuk pulsa elektromagnetik dengan membenturkannya satu sama lain. Para peneliti telah mendemonstrasikan pembentukan gelombang elektromagnetik dalam rezim gelombang mikro dan sekarang bertujuan untuk mencapai hal ini pada frekuensi yang lebih tinggi dengan menggunakan perangkat seperti transistor graphene berkecepatan tinggi daripada antarmuka waktu.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika