Wervelingen in spiegelpaleis wijzen tollend licht de weg naar buiten
Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Ans Hekkenberg
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/persberichten2015/artikel.pag?objectnumber=293566
printerversie
2 april 2015, 2015/07
Wervelingen in spiegelpaleis wijzen tollend licht de weg naar buiten
Onderzoekers van FOM-instituut AMOLF hebben met de klassieke gereedschapskist van de natuurkunde een experiment uitgevoerd waarmee ze voorspellingen kunnen doen over de quantumwereld. Hun klassieke experiment laat zien hoe de richting waarin een quantumlichtbron licht uitzendt, onthult wat de
quantumtoestand (spin) van de bron is. Op 2 april publiceren de AMOLF-onderzoekers de resultaten in Nature Communications.
Figuur 1. Verband tussen de draairichting van het licht en de richting waarin het ontsnapt.
vergroten Figuur 1. Verband tussen de draairichting van het licht en de richting waarin het ontsnapt.
De grijze plak (onder) is een schets van het fotonische kristal waarin het licht wordt gevangen. Het blauwpaarse relief geeft de meting van de onderzoekers weer. Op een piek kiest het licht op basis van de lokale draairichting aan welke kant van het kristal het ontsnapt. In een dal heeft de
draairichting van het licht geen invloed op de ontsnappingsrichting. Bij een blauwe piek gaat rechtsom tollend licht naar rechts, en linksom tollend licht naar links. Bij een paarse piek geldt het omgekeerde: linksom tollend licht gaat naar rechts en rechtsom tollend licht gaat naar links.
Klassiek experiment in een spiegelpaleis
De natuurkundigen injecteerden tollend licht in een soort mini-spiegelpaleis, een fotonisch kristal, waaruit het licht in slechts twee verschillende richtingen kon ontsnappen. De onderzoekers ontdekten dat ze konden beinvloeden uit welke uitgang het licht ontsnapte. Ze deden dat door heel
precies te kiezen op welke plek ze het licht inbrachten.
In het spiegelpaleis zitten namelijk plekken waar licht van nature gaat wervelen: het elektrische veld van het licht gaat daar in de rondte draaien. Licht dat in een richting door het spiegelpaleis reist, zou bijvoorbeeld altijd linksom draaien op zo'n wervelplek. De onderzoekers namen nu een
leeg, lichtloos spiegelpaleis, en brachten met een naald wat reeds tollend licht naar binnen, op precies zo'n wervelplek. Als de draairichting van dit licht uit de naald overeenkwam met de natuurlijke wervelrichting op deze plek, verliet het licht het spiegelpaleis aan de ene kant. Was de
draairichting van het licht uit de naald tegengesteld aan de gebruikelijke wervelrichting, dan ging het licht de andere kant op.
Quantumwereld
Deze truc, die binnen de grenzen van de klassieke natuurkunde valt, verklapt hoe licht zich zal gedragen in de quantumwereld. Quantumlichtbronnen zenden namelijk vaak ook licht uit dat draait (circulair gepolariseerd is), net als het licht dat de onderzoekers in het spiegelpaleis stopten. De
draairichting van het tollende licht van quantumbronnen is direct afhankelijk is van de quantumtoestand (spin) van de bron. Als het experiment dus zou worden herhaald met een quantumbron, zou de quantumtoestand de draairichting van het tollend licht, en daarmee ook de ontsnappingsrichting
bepalen.
Ofwel, de ontsnappingsrichting van het uitgezonden licht laat zien wat de toestand van de lichtbron is: de richting van het uitgezonden licht is daarmee een bron van quantuminformatie geworden.
Spiegelpaleis
Het bovengenoemde 'spiegelpaleis' dat de onderzoekers voor hun experiment gebruikten, is eigenlijk een fotonisch kristal dat bestaat uit een superdunne plak silicium. De dikte van de plak is slechts 220 nanometer (een nanometer is een miljoenste van een millimeter). In het silicium is een
patroon van gaten geetst. Dat patroon zorgt ervoor het licht alle kanten op kaatst en niet zomaar kan ontsnappen, net als in een spiegelpaleis. De eigenschappen van het fotonisch kristal bepalen waar de wervelplekken zitten, en in welke richting licht op deze plekken normaal gesproken draait.
Contactinformatie
Kobus Kuipers, +31 (0)20 754 71 94
Referentie
Nanophotonic control of circular dipole emission, B. le Feber, N. Rotenberg & L. Kuipers, online publicatie op 2 april 2015, Nature Communications. DOI: 10.1038/ncomms7695