일본 과학자들이 마치 중력의 영향을 받는 것처럼 빛을 조작하는 데 성공했습니다. 연구팀은 광결정을 조심스럽게 비틀어 "유사중력"을 활용하여 광선을 구부릴 수 있었으며 이는 광학 시스템에 유용하게 응용될 수 있었습니다.


블랙홀에 대한 예술가의 인상과 그 중력이 빛에 영향을 미치는 방식 - 이제 결정으로 시뮬레이션됨 NASA Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

아인슈타인의 일반 상대성 이론의 특이한 점 중 하나는 빛이 중력에 의해 왜곡되는 시공간 구조의 영향을 받는다는 것입니다. 이것이 바로 블랙홀이나 은하 전체와 같은 극도로 거대한 물체가 빛에 큰 피해를 입히고 경로를 굽히고 멀리 있는 물체를 증폭시키는 이유입니다.

최근 연구에서는 이러한 효과를 광결정에서 재현하는 것이 가능할 것으로 예측되었습니다. 이러한 구조는 광학소자 및 실험에서 빛을 제어하는데 사용되며, 여러 물질을 주기적인 패턴으로 배열하여 만드는 경우가 많다. 이론적으로 이러한 결정의 비틀림은 우주 규모의 중력 렌즈와 거의 동일한 방식으로 광파를 편향시킬 수 있습니다. 이 현상을 의사중력이라고 합니다.

새로운 연구에서 팀은 실리콘으로 만들어진 광결정에서 이 아이디어를 테스트했습니다. 그들은 원래 균일하게 간격을 둔 200미크론 그리드 셀이 표면 전체에 걸쳐 점점 변형되도록 결정 구조를 왜곡했습니다. 그런 다음 테라헤르츠 범위의 광파가 레이저로 결정에 조사됩니다.

이 장치에는 레이저 입력 포트의 반대쪽에 두 개의 출력 포트가 있습니다. 하나는 입력 포트 위와 아래에 있습니다. 유사 중력이 작동하지 않으면 레이저는 직선으로 이동하고 어느 포트에서도 나오지 않을 것입니다. 그러나 뒤틀린 수정에서는 광파가 아래쪽 포트를 향해 구부러졌습니다.

뒤틀린 광결정(DPC)을 포함하는 실험 설정, 아래 다이어그램은 일반 결정과 뒤틀린 광결정에서 어떤 일이 일어나는지 보여줍니다K

연구팀은 이 기술이 광학 시스템 및 기타 장치에서 빛을 조작하는 매우 유용한 방법이 될 수 있으며 관련 물리학 연구에 정보를 제공할 수 있다고 말합니다.

이번 연구의 저자 중 한 명인 후지타 마사유키(Masayuki Fujita) 부교수는 "테라헤르츠 범위의 이러한 종류의 평면 내 빔 제어는 6G 통신에서 활용될 수 있습니다. 학문적으로 결과는 광결정이 중력 효과를 활용하고 중력 물리학 분야에서 새로운 길을 열 수 있다는 것을 보여줍니다."라고 말했습니다.

이 연구는 Physical Review A 저널에 게재되었습니다.