Natuurkundigen die samenwerkten met onderzoeker Oriol Romero-Isart bedachten een nieuw eenvoudig schema om theoretisch willekeurig korte en gefocuste elektromagnetische velden te genereren. Deze nieuwe tool kan worden gebruikt voor nauwkeurige detectie en in microscopie.

Magnetrons, warmtestraling, licht en röntgenstraling zijn voorbeelden van elektromagnetische golven. Veel toepassingen vereisen het focussen van de elektromagnetische velden op kleine tijdsruimtelijke afmetingen. Ingenieurs kunnen hiervoor verschillende methoden gebruiken. In het journaal Fysieke beoordelingsbrieven , onderzoekers in de groep van Oriol Romero-Isart aan het Institute of Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) en het Institute for Theoretical Physics aan de Universiteit van Innsbruck samen met Ignacio Cirac en Theodor Hänsch aan het Max Planck Institute of Quantum Optics, München, hebben een nieuw schema gepubliceerd voor het genereren van ultragefocuste elektromagnetische velden.

Verrassend gedrag

Als er elektrische stroom door een spoel gaat, het produceert elektromagnetische golven die zich in alle richtingen voortplanten. Wanneer de spoel in een cilinder wordt geplaatst die de golven perfect weerkaatst, gebeurt er een verrassend fenomeen. "Met deze opstelling zouden willekeurig gefocuste pulsen en quasi-equidistante pulsen kunnen worden gegenereerd, ", zegt junior wetenschapper Patrick Maurer. "De meer golfgeleidermodi zijn enthousiast, hoe meer gefocust de elektromagnetische velden worden." De theoretische fysici karakteriseerden het systeem analytisch zodanig dat, gebaseerd op de reflecties van de elektromagnetische golven aan de binnenkant van de cilinder, ze waren in staat om een ​​stroompuls te ontwerpen die een duidelijk gedefinieerd aantal modi opwekt. "Vanwege de specifieke eigenschappen van het systeem, de stroompuls hoeft slechts een klein beetje te worden aangepast om het aantal modi te wijzigen of, met andere woorden, om het veld sterker te focussen. De gemiddelde frequentie van de puls blijft in principe hetzelfde, " legt Jordi Prat-Camps uit, Postdoc in het onderzoeksteam van Romero-Isart. Het spectrum van het gegenereerde veld wordt bepaald door de straal van de cilinder. Bijvoorbeeld, gerichte microgolfpulsen kunnen worden gegenereerd door een cilinder te gebruiken die enkele centimeters dik is.

Technologische uitdagingen

De natuurkundigen in Innsbruck konden hun analytische berekeningen met numerieke simulaties bevestigen. Ze toonden aan dat de velden hun unieke eigenschappen nog enige tijd behielden nadat ze de cilinder door een van de openingen hadden verlaten. Dit nieuwe concept is interessant voor technologische toepassingen die ultragefocuste velden nodig hebben om te werken. Bijvoorbeeld, op het gebied van microscopie zou dit nieuwe schema de ontwikkeling van nog preciezere apparaten kunnen vergemakkelijken. Om hun plan uit te voeren, de natuurkundigen wijzen op twee vereisten:"Ten eerste, we moeten een materiaal vinden dat perfect reflecteert in een breed frequentiebereik, ", zegt Prat-Camps. "Bovendien, we moeten de berekende stroompuls nauwkeurig genereren. Hoe beter aan deze eisen wordt voldaan, hoe duidelijker de zichtbaarheid van het gewenste effect zal zijn."