Halfgeleidersandwich met negatieve brekingsindex

Amerikaanse onderzoekers hebben voor het eerst een ‘metamateriaal’ ontwikkeld dat een negatieve brekingsindex voor infrarood licht vertoont en ook nog op commerciële schaal moet zijn te produceren. Het bestaat namelijk geheel uit halfgeleiders, zo meldt de groep van Claire Gmachl (Princeton) in een publicatie die door Nature Materials online is gezet.

Het materiaal is bovendien driedimensionaal, wat in dit geval wil zeggen dat het invallende licht niet vanuit een vaste hoek hoeft te komen.

Natuurlijke materialen hebben altijd een positieve brekingsindex. Ze buigen een lichtstraal wel af, maa laten hem nooit helemaal de andere kant op gaan. Met een ‘metamateriaal’ dat bestaat uit nanometerdikke laagjes van verschillende materialen die elkaar afwisselen, is het wel mogelijk om een optisch effect te creëren dat er voor het blote oog uitziet als een negatieve brekingsindex. Tot nu toe lukte het echter alleen met geperforeerde metaallaagjes die alleen met een hoop moeite in het lab waren te produceren.

Het in Princeton ontwikkelde materiaal bestaat uit een honderdtal 80 nm dikke laagjes, afwisselend van Al_0.48In_0.52As en gedoopt In_0.53Ga_0.47As. Met bestaande halfgeleidertechieken zijn die laagjes gewoon beurtelings op te dampen.

Het materiaal is specifiek ontwikkeld voor een nieuw type infraroodlaser, die weer onderdeel uitmaakt van het MIRTHE-project dat een nieuwe generatie luchtsensoren voor milieumonitoring moet opleveren. Het idee is dat je met een negatieve brekingsindex een veel compactere set lenzen voor zo’n laser kunt ontwikkelen.

Maar de onderzoekers gaan ook proberen of ze het metamateraal zo ver kunnen verfijnen dat het ook werkt met zichtbaar licht.

bron: news@princeton