Snelheidsbeperkingen gelden niet alleen voor het verkeer. Er zijn ook beperkingen aan de controle van licht, in optische schakelaars voor internetverkeer, bijvoorbeeld. Natuurkundigen van Chalmers University of Technology begrijpen nu waarom het niet mogelijk is om de snelheid boven een bepaalde limiet te verhogen - en kennen de omstandigheden waarin het het beste is om voor een andere route te kiezen.

Licht en andere elektromagnetische golven spelen een cruciale rol in bijna alle moderne elektronica, bijvoorbeeld in onze mobiele telefoons. In de afgelopen jaren hebben onderzoekers kunstmatige speciale materialen ontwikkeld - bekend als optomechanische metamaterialen - die de beperkingen overwinnen die inherent zijn aan natuurlijke materialen, om de eigenschappen van licht met een hoge mate van precisie te regelen.

Bijvoorbeeld, zogenaamde optische schakelaars worden gebruikt om de kleur of intensiteit van licht te veranderen. In het internetverkeer kunnen deze schakelaars in één seconde tot wel 100 miljard keer aan- en uitgezet worden. Maar verder kan de snelheid niet verder worden verhoogd. Deze unieke speciale materialen vallen ook onder deze limiet.

"Onderzoekers hadden hoge verwachtingen van het bereiken van steeds hogere snelheden in optische schakelaars door optomechanische metamaterialen verder te ontwikkelen. We weten nu waarom deze materialen de bestaande technologie in internetverkeer en mobiele communicatienetwerken niet konden overtreffen, " zegt Sophie Viaene, een nanofotonica-onderzoeker bij de afdeling Natuurkunde van Chalmers.

Om erachter te komen waarom er snelheidslimieten zijn en wat ze betekenen, Viaene ging buiten het veld van de optica en analyseerde het fenomeen met behulp van wat in haar proefschrift niet-lineaire dynamica wordt genoemd. De conclusie die ze kwam is dat het nodig is om een ​​andere route te kiezen om de snelheidslimieten te omzeilen:in plaats van een heel oppervlak in één keer te beheersen, de interactie met licht kan efficiënter worden gecontroleerd door één deeltje tegelijk te manipuleren. Een andere manier om het probleem op te lossen is om het speciale materiaal met een constante snelheid constant in beweging te laten blijven en de variaties van deze beweging te meten.

Maar Viaene en haar begeleider, Universitair hoofddocent Philippe Tassin, zeggen dat de snelheidslimiet niet voor alle toepassingen een probleem vormt. Het is niet nodig om de eigenschappen van licht bij zulke hoge snelheden te veranderen voor schermen en verschillende soorten displays. Er is dus een groot potentieel voor het gebruik van deze speciale materialen hier, omdat ze dun zijn en flexibel kunnen zijn.

Hun resultaten hebben de richting bepaald die onderzoekers op dit onderzoeksgebied moeten inslaan, en het wetenschappelijke artikel is onlangs gepubliceerd in het hoog aangeschreven tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven . De weg is nu open voor de steeds slimmere horloges, schermen en brillen van de toekomst.

"De schakelsnelheidslimiet is geen probleem in toepassingen waar we het licht zien, omdat onze ogen niet zo snel reageren. We zien een groot potentieel voor optomechanische metamaterialen in de ontwikkeling van dunne, flexibele gadgets voor interactieve visualisatietechnologie, " zegt Tassin, een universitair hoofddocent bij de afdeling Natuurkunde van Chalmers.