Tim fizičara s MIT-ja, među kojima je i ugledni hrvatski izumitelj Marin Soljačić, pronašao je neobičan fenomen koji nastaje u takozvanim 'Diracovim konusima', pojavi koja je učestala u dvodimenzionalnim materijalima, poput grafena i koja je u posljednjih deset godina bila u središtu mnogih fažnih otkrića u fizici.
U kvantnoj teoriji, elektroni imaju stvojstva i čestica i valova. Energija elektrona ovisi o njihovoj valnoj duljini (i ako su unutar materijala), također i o smjeru u kojem se kreću. U grafenu, naprimjer, ovisnost energije o valnoj-duzini i smjeru gibanja ima oblik konusa koji zovemo Diracov konus, pojasnio nam je Soljačić.
Fizičari već dugo vremena znaju za postojanje jedinstvnih točaka u kojima dva fizička stanja materije srastaju u jedno. Fizičari ih još zovu i "iznimne točke'. Te točke rađaju protuintuitivan fenomen, gdje materijal koji je većinom neproziran, odaje dojam prozirnosti i kroz koji se svjetlost može kretati u jednom, ali ne i drugom smijeru.
Otkriće takozvanog "iznimnog prstena", odnosno kontinuiranog prstena iznimnih točaka, otvara nove puteve u istraživanju primjenjenih znanosti i tehnologije, poput moćnijih lasera, preciznih optičkih senzora i drugih uređaja, ističu istraživači s MIT-ja. U njihovom slučaju, fenomen "iznimnim prstenova" pronađen je u komadu nanostrukturiranog materijala koji se naziva fotonički kristal.
Rezultati njihovog istraživanja objavljeni su u prestižnom znanstvenom časopisu Nature, a u istraživanju su osim Marina Soljačića, sudjelovali i Bo Zhen s MIT-ja, Chia Wei Hsu s Yalea, John Joannopolous s MIT-ja te petero drugih znanstvenika.
Njihov rad predstavlja prvi eksperimentalni prikaz prstena iznimnih točaka te je to i prva studija koja se povezuje s istraživanjem iznimnih točaka s fizikalnim konceptima simetrije paritet-vremena i Diracovih konusa.
iako su i druge skupine znanstvenika proučavale prstenje iznimnih točaka, znanstvenici s MIT-ja otkrili su novu vrstu tog prstena. "Umjesto gubitka absorpcije, mi smo usvojili novi mehanizam gubitka - gubitak zračenja - koji ne utječe na performanse uređaja. Štoviše, gubitak zračenja je koristan te nužan u uređajima poput lasera", ističe Zhen.
Hrvatski fizičar i izumitelj Soljačić već vidi potencijalnu tehnološku primjenu ovog revolucionarnog otkrića. "Jedna važna moguća primjena ovog rada je u stvaranju moćnijih laserskih sustava, od noih koje omogućuje dosadašnja tehnologija", ističe hrvatski znanstvenik.
"Laseri fotoničkih kristala su vrlo obećavajući kandidat za iduću generaciju visoko kvalitetnih, snažnih i kompaktnih laserskih sustava i mi procjenjujemo da možemo poboljšati izlaznu snagu takvih lasera za faktor od najmanje 10", kaže Soljačić.
Isto tako, ovo otkriće može poboljšati i dosadašnje visoko precizne detektore bioloških i kemijskih materijala i supstanci, jer njihov sustav karakterizira ekstremna osjetljivost, zbog egzotinih svojstava iznimnih točaka, gdje njihova reakcija na smetnje nije linearna sa snagom tih smetnji. Drugim riječima, otkrivanje supstance čiji tragovi u uzorku su slabi, više ne moraju biti teško primjetljivi.
Primjerice, ako je koncentracija traženog uzorka reducirana milijun puta, u klasičnim senzorima signal se linearno smanjuje milijun puta, dok sustav znanstvenika s MIT-ja više nije linearan, a signal se smanjuje samo 1000 puta što povećava njegovu responzivnost na detektore, pojašnjava Hsu.
DNEVNIK.hr pratite putem iPhone/iPad | Android | Twitter | Facebook