Hvorfor er det så svært at krympe lys?
Man skulle tro, at lys var lettere at arbejde med end elektronik. Men det er det ikke. Mens vi har lært at lave mikrochips mindre og hurtigere, er lys en anden sag. Det vil ikke lade sig presse ind i små rum.
Fysikken sætter en grænse. Jo mindre du prøver at fange lyset, desto sværere bliver det. Normalt kan du ikke presse synligt lys ned i noget, der er meget mindre end tusind gange dets egen bølgelængde. Det har længe været et stort problem for optisk teknologi.
Den gamle løsning med uønskede bivirkninger
Der fandtes allerede en metode. Man kunne bruge metal til at tvinge lyset ind i små rum. Det kaldes plasmonik, og det virker – til en vis grad. Problemet er, at metallet bliver varmt. Lysets energi bliver til spildvarme. Det gør systemet ineffektivt og svært at bruge i praksis.
Ny opdagelse uden metal
En forskergruppe på Peking University i Kina har i 2024 gjort noget nyt. De har vist, at man ikke er anvist på metal. Med almindelige dielektrika – de samme materialer, man bruger i elektriske isolatorer – kan de fange lys meget tightere uden at skabe varme.
De kalde deres teknik for narhval-bølgefunktioner.
Hvad er en narhval-bølge?
En narhval-bølge har to træk, som gør den speciell.
I midten er feltet superintensivt og samlet på et meget lille punkt. Det wirkt som en spids tusk.
Ud fra midten klinger det af – og det klingt hurtigt. Det spreder sig ikke gradvist. Det forsvinder næsten øjeblikkeligt.
Med disse to verhalten kan lyset presses ned i et rum, der er omkring 500 millioner gange mindre end dets bølgelængde.
De har bygget og testet det
Forskerne har ikke kun regnet. De har også bygget en fysisk 3D-resonator. Med nær-felt-scanning har de målt, hvad der skete inde i den. Målingerne stemte helt overens med de teoretiske prædiktioner. De nåede frem til en mode-volumen på 5 × 10⁻⁷ λ³. Det er så småt, som det kun kan være.
En mikroskop, der kan se det, der ellers ikke er synligt
Med denne ekstreme indespærring af lyset har de bygget en mikroskop, der kan se detaljer ned til en opløsning af λ/1000. Det er tusind gange finere end ved sædvanlige optiske mikroskoper.
De har afbildet mønstre, der ligger under bølgelængden og дори skrevet små bogstaver med den nye teknik. Det burde efter normal fysik ikke være mulig.
En ny gren af optikken
De kalder den nye tilgang singulonics. Det er et nyt koncept til at kontrollere lys ved mål, der ellers kun kunne nås med metal og spildvarme.
Med singulonics er det muligt at lave kompakte fotoniske chips, superopløste billeder, quantum-optiske teknologier og lysbaserede informationssystemer uden varmeproblemer.
Betydning udenfor laboratoriet
Vi har i lang tid været fastlåst. Telefoner bruger elektroniske chips, fordi vi kan demake dem små. Optiske teknologier er derimot bøvlet, fordi vi ikke kunne presse lyset ind i små rum.
Jordens grænser er nu måske ikke så hårde, som vi tror. Om singulonics holder, hvad den lover, kan vi måske i nær fremtid se optiske computere, bedre medicinske mikroskoper og mere effektive quantum-teknologier – alle uden spildvarme.