Stichting FOM
Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Gabby Zegers
2 oktober 2009, 2009/35
Een kompasnaald voor licht
Een team van wetenschappers werkzaam bij het FOM-instituut AMOLF in
Amsterdam heeft in samenwerking met LioniX BV een sensor ontwikkeld
die het magneetveld van licht zichtbaar kan maken. Dit magneetveld is
zelf erg moeilijk te detecteren omdat het nauwelijks interactie heeft
met materie. De nu ontwikkelde sensor zet het magneetveld eerst om in
een elektrische trilling, die vervolgens kan worden gemeten met een
fotodiode. Deze doorbraak is van groot belang voor het onderzoek naar
nieuwe nanostructuren waarmee zogenaamde onzichtbaarheidsmantels
kunnen worden gemaakt. Deze mantels, die zelf onzichtbaar zijn, maken
een voorwerp waar ze omheen worden geplaatst ook onzichtbaar. Bij dit
onderzoek speelt het manipuleren van het optische magneetveld een
centrale rol. Het nauwkeurig in kaart brengen van die velden is dan
ook cruciaal. De onderzoeksresultaten van de AMOLF-onderzoekers worden
binnenkort gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift Science en
staat per 1 oktober online op 'ScienceExpress'.
Figuur 1. Kompasnaald voor licht
vergroten Figuur 1. Kompasnaald voor licht
Een optische nanoprobe wordt over een fotonische nanostructuur
gescand. De 40 nm (0,00004 mm) brede spleet in de zijkant van de naald
maakt het mogelijk het magneetveld van licht waar te nemen.
© 2009 L. Kuipers & Tremani
Het magneetveld dient vaak als voorbeeld om krachten en velden uit te
leggen. In een populair proefje ligt er een staafmagneet stil op tafel
en er wordt een kompas over de tafel geschoven. Afhankelijk van waar
het kompas zich bevindt ten opzichte van de magneet, wijst de
kompasnaald in een bepaalde richting. Zo kunnen we op iedere plek de
richting van het magneetveld visualiseren. Dit proefje is zo makkelijk
en instructief, omdat de kracht van een permanente magneet zo sterk
is. Dit beeld verandert compleet als we naar zeer snel trillende
magneetvelden kijken.
Licht is een elektromagnetische golf, waarin een elektrisch veld en
een magneetveld met een gigantisch hoge frequentie trillen (ongeveer
300 biljoen keer per seconde). Bij deze hoge frequentie bemerken we
eigenlijk alleen nog het elektrische veld; het magneetveld heeft een
volstrekt verwaarloosbare wisselwerking met in de natuur voorkomende
materialen. Als we licht zien, 'zien' we het elektrische veld; we zijn
blind voor het magneetveld. Als er geen wisselwerking is tussen
materie en magneetvelden met zulke hoge frequenties, lijkt het
onmogelijk om het magneetveld van het licht te bestuderen.
De sensor die het Amsterdamse team ontwikkelde, is gebaseerd op een
principe dat de Duitse natuurkundige Heinrich Hertz meer dan 120 jaar
geleden voor het eerst demonstreerde. Als een metalen ring in een
wisselend magneetveld wordt geplaatst, zal er een wisselende stroom
door de metalen ring gaan lopen. Een alledaagse transformator is
overigens gebaseerd op ditzelfde principe van magnetische inductie.
Door in de ring een kleine spleet te maken, waardoor de stroom niet
volledig om de ring kon lopen, kon Hertz de aanwezigheid van het
wisselende magneetveld in radiogolven waarnemen als kleine vonkjes die
over deze spleet sprongen. De Amsterdamse sensor werkt precies
hetzelfde, maar omdat de golflengte van licht veel kleiner is dan die
van radiogolven, is ook de sensor veel kleiner (1000 maal dunner dan
een menselijke haar). De onderzoekers hebben nu een kompasnaald in
handen om het magneetveld van het licht te bestuderen met een
resolutie die beter is dan de golflengte van het licht.
Referentie
Probing the magnetic field of light at Optical Frequencies, M.
Burresi, D. van Oosten, T. Kampfrath, H. Schoenmaker, R. Heideman, A.
Leinse en L. Kuipers.
Per 1 oktober 2009 te vinden op ScienceExpress.
Kijk ook op: http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1177096
Informatie
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:
Prof. dr. Kobus Kuipers, telefoon (020) 754 71 94.
Melissa van der Sande, telefoon (020) 754 72 34.