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Jul 03, 2023

光のアルキメデスのネジ

Nature Communications volume 13、記事番号: 2523 (2022) この記事を引用する 4071 アクセス数 12 引用数 3 Altmetric Metrics 詳細 この記事に対する出版社の訂正は 8 月 3 日に公開されました

Nature Communications volume 13、記事番号: 2523 (2022) この記事を引用

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この記事に対する出版社の訂正は 2022 年 8 月 3 日に公開されました。

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アルキメデスのネジは水を捕捉し、水をより高いレベルに持ち上げることでエネルギーを供給します。 光学式アルキメデスのネジの最初の例を紹介し、このシステムがどのように光を捕捉し、引きずり、増幅できるかを実証します。 我々は、幅広いキラル時空媒質群に対するマクスウェル方程式の新しい正確な解析解を明らかにし、広く調整可能なパリティ時間破壊相内でキラル選択的増幅を達成する可能性を示します。 私たちの研究は、円偏光ビームを用いたポンプ・プローブ実験によって容易に実装できる可能性があり、時空メタマテリアルの上昇分野とキラル系の分野を融合することにより、時変媒体の物理学に新たな方向性を開き、新たな方向性を提供します。トポロジカルおよび非エルミートフォトニクスの遊び場であり、キラル分光法やセンシングへの応用の可能性を秘めています。

極薄で非線形性の高い材料の発見により、時間依存系における波の相互作用の基本的な側面に最近新たな関心が集まっています。 相互主義やエネルギー保存などの制約から解放されたこれらのシステムは、新しくてエキゾチックな波の挙動を可能にします。 この研究では、時空メタマテリアルを確立されたカイラル系の分野と初めてブレンドすることで、時空メタマテリアルの新興分野に新たな方向性を切り開き、有名な流体用のアルキメデスのネジの電磁類似物を実現します。

波動操作における時変媒体の重要性は、フォトニクス 1、2、3 と機械波 4、5 の両方で磁石を使用しない非相反性を達成するための 10 年にわたる探求のさなか、いくつかの提案から高まりました。 物質の時間構造化により、波動制御にいくつかの新しい道が開かれます。物質パラメーターの周期的変調により、トポロジカルに自明ではない位相 6 や、Floquet トポロジカル絶縁体 7 や合成周波数次元を備えたトポロジカル絶縁体 8 の設計が可能になります。 さらに、反応性要素の時間依存性を適切に調整することで、任意のエネルギー蓄積 9 が可能になりますが、時間変調された非エルミート要素の導入により、非相反モード ステアリングとゲイン 10、さらにはイベント クローキングと完全吸収 11 が可能になります。空間的に平坦な界面での表面波結合12． 非周期システムでは、急激なスイッチングが時間反転 13、時間屈折 14、異方性誘起波ルーティング 15、周波数変換 16、17、18、帯域幅拡張 19、アンダーソン定位 20 などの新しい方向への鍵を握っています。

さらに、空間的および時間的自由度の組み合わせを利用して、パラメータが進行波型の方法で変調される時空メタマテリアルは、最近、次のような根本的な理由から新たな勢いを獲得しています。これらは、一般的な相対論的制約を超えて物理運動の模倣と一般化を可能にし、光学抗力 26、局在化 27、新しい増幅機構 28,29 につながり、また、高調波生成 30、ビームステアリング 31、複数の電源からの電力の組み合わせ 32 などの実用的な応用にもつながります。 時空間変調の成功した実験には、音響 5,7,33 と弾性 34、マイクロ波 3,30、赤外線 35、さらには拡散システム 36 での研究が含まれており、最近では、次のような新しい高非線形材料の導入のおかげで、光学領域 37 に近づき始めています。 ITO38およびAZO39として。 最後に、均質化スキームは最近、時間的メタマテリアル 40,41 と時空間的メタマテリアル 42 の両方に対して開発されました。

より長く確立されているが、依然として盛んに行われている学際的な研究分野は、キラル系の研究分野です (「キラル」という用語は、二等方性カップリングを持つ媒体を意味するためにも使用されることに注意してください。ただし、ここでは、そのらせん特性についてのみ言及します。および関連する円二色性特性)。 ディスプレイ技術から分光法やバイオセンシングに至るまで、その重要な技術的応用により、キラル電磁システムの数学的研究は数十年前に遡り43、光学活性の実験的観察は19世紀のビオとパスツールの初期観察にまで遡ります44。 。 キラル媒体の理論は、コレステリック液晶 45 やさまざまな自然発生構造 46 の研究に適用され、メタマテリアルの出現以来、負の屈折 47、48、49、広帯域および強化された光学活性 50、非対称透過 51、 52、53、そして最近ではトポロジー54。