Quantumeffect draait polarisatierichting van licht

27 mei 2017, 00:00
In bepaalde materialen kan de polarisatierichting van licht worden veranderd (afbeelding © TU Wenen).
In bepaalde materialen kan de polarisatierichting van licht worden veranderd (afbeelding © TU Wenen).

Een lichtgolf die door een lege ruimte wordt gestuurd, trilt altijd in dezelfde richting. Er bestaan echter materialen waarmee deze trillingsrichting (polarisatierichting) kan worden gedraaid als ze zich in een magnetisch veld bevinden – dat wordt het magneto-optische effect genoemd. Aan de Technische Universiteit van Wenen heeft een team onder leiding van professor Andrei Pimenov een variant van dit effect, waarover al lang werd gespeculeerd, experimenteel aangetoond: speciale materialen (‘topologische isolatoren’) draaien de polarisatierichting van licht niet continu, maar in nauwkeurig gedefinieerde quantumstapjes. De grootte van die stapjes hangt uitsluitend van fundamentele natuurkundige parameters af (zoals de fijnstructuurconstante).

Het inwendige van een topologische isolator kan geen elektrische stroom geleiden, maar het oppervlak des te beter. En ook wanneer straling door de isolator wordt gestuurd, is het oppervlak doorslaggevend. Een lichtstraal wordt tweemaal door dit oppervlak gedraaid – eenmaal bij inval en eenmaal bij het uittreden.

Met behulp van deze materialen is het in theorie mogelijk om natuurconstanten nauwkeuriger te meten dan momenteel mogelijk is, of zelfs nieuwe normdefinities daarvoor in te voeren. Iets soortgelijks is gebeurd met het quantum-Hall-effect: de officiële definitie van de elektrische weerstand is op dit effect gebaseerd.

Het onderzoek van professor Pimenov kan de basis vormen voor concrete technische toepassingen van materialen met speciale topologische eigenschappen.

Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items