Új fény

 

A fény a teremtésnek, az alkotásnak jelképe és letéteményese. A modern tudomány megszületésének nagy lépései is szinte mindig valamilyen optikai vívmányhoz, vizsgálathoz, eredményhez kapcsolódnak. Galilei távcsöve megmutatta az égitestek keringését, Malpighi mikroszkópjában a kapillárisok körbecsatolták a vérkeringést, Descartes a szivárvány, Newton a prizma fénytörésének magyarázatával indult pályáján. A fény napjainkban az információs technika eszköze is, ám a méretek csökkentésekor optikai törvények korlátjaiba ütközik. Az elektromágneses hullámok egy eddig kihasználatlan megvalósulása azonban közlekedik a nanoméretek világában is, és ez az új fény talán számunkra is jelzi az alagút egy kijáratát. Az új fényről Kroó Norbert fizikust, a Magyar Tudományos Akadémia rendes tagját kérdeztük.

Tudva, hogy a fényről lesz szó, azon gondolkoztam, mit tudhatnánk fizikából fény nélkül. Talán némi mechanikát, dinamikát, hidrosztatikát...
- Még az említett területeken is a legtöbb ismeret megszerzése a fény nélkül nehezen ment volna. Ha nemcsak a látható fénytartományra, hanem az elektromágneses spektrumra gondolok, akkor gyakorlatilag minden információ ehhez a forráshoz kapcsolódik. Éppen ezért, amikor azt a megtisztelő felkérést kaptam, hogy a Mindentudás Egyetemén másodszor is tartsak előadást, méghozzá szemeszterzárásként és éppen a Fizika Világévében, akkor arra gondoltam, hogy a korábbi előadások fölé mintegy kupolát emelve taglalom a fény szerepét. Sorra veszem, hogy a mindennapi érzékeléstől a képzőművészetig, akár a hologramokat is belevéve a leképezés lehetőségei közé; a csillagászattól a mikroszkópiáig hogyan használjuk és hasznosítjuk a fényt, a röntgen- a rádióhullám-, az infravörös fénytartományokban is dolgozva. És elmondom, hogy mi is a fény, mik azok a tulajdonságai, amelyekben információkat hoz az Univerzum távoli tájairól vagy a kristályrácsok belsejéből. És mi módon tudjuk hasznosítani a fényt életünkben, technikánkban. Az a cím jutott eszembe: A fényes új világ. Angolul jobban hangzik a szójáték: The Bright New World inkább emlékeztet A. Huxley: The Brave New World regénycímére.

Fotonikus metakristály - a lyukak közelítik a fény hullámhosszát, így a fény "közlekedik" benne

Ez a cím ígéret is. Mintha arra utalna, hogy a fény meghatározó újat hoz még világunkba.
- Úgy éreztem, hogy az előadásba kell egy jövőbe mutató rész is, és erre kollégáim is biztattak. Nos, az én szigorúan vett szakmámban az elmúlt pár évben olyan forradalmi felfedezések történtek, amelyek alapján azt jósolom, hogy 10-15 év múlva az optikai csipek erős versenytársai lesznek az elektronikus csipeknek. Ezzel egy olyan új fordulat várható, ami horderejében hasonlítható ahhoz az előrelépéshez, amelyet az jelentett, amikor a lézerek bevonultak az optikába, vagy amikor az elektroncsöveket lecseréltük a tranzisztorokra, vagy amikor az interkontinentális közlekedésben a hajóról áttértünk a repülőre - hogy egyre hátrébb tekintsek az időben.

Ez a fényszámítógép megépítését jelenti, ami előrelépés, de miért ekkora?
- Az optika legalapvetőbb korlátja a diffrakciós határ. Ez azt jelenti, hogy ha két pont távolsága kisebb nagyjából a fény hullámhosszánál, akkor azokat a pontokat ezzel a fénnyel nem tudjuk megkülönböztetni.

Tanultuk, hogy a fénymikroszkópiában e miatt csak a hullámhossz rövidítésével fokozhatjuk a felbontóképességet.
- Ez az iparban is jelentkezett. Az integrált áramkörök gyártásában foto-litográfiát használnak: azt a mintázatot, amit ki akarnak alakítani egy félvezető-felületen, fényképezéssel viszik rá. Mivel a felbontást a hullámhossz szabja meg, ezért a litográfia csak úgy fejlődhet, hogy egyre rövidebb hullámhosszú fényt használnak erre, de minél rövidebb a fény hullámhossza, annál nehezebben kezelhető, irányítható, és csillagászati magasságokba emelkedett az ilyen speciális munkaeszközök ára, mindamellett látszik, hogy így sem lehet már túl messzire elmenni.

Atomerő-mikroszkóp tűjén lefolyatott "tintával" rajzolt nanominiatúra

A mikroelektronikai szakemberek évek óta mondják, hogy a fejődés üteme a jelenlegi módszerekkel nem tartható sokáig.

Ez a tér ekkor ott van a fémek felülete fölött, mintegy bevonja azt?
- Ügyeskedni kell, hogy ezt a fényt gerjeszteni lehessen. Például úgy, hogy egy rácsot hozunk létre a fém felületén, és ezen gerjed ez a hullám, vagy pedig egy 1-nél nagyobb törésmutatójú anyagon keresztülhaladó fénnyel gerjesztjük ezt a hullámot, mert abban a fény a hullámhossza kisebb. Ezek technikai részletek, amelyeket azonban már megoldottunk, és az alkalmasan kialakított fémfelületek fölött a plazmonokat, ezt az új fényt futtatni tudjuk. Ami pedig a különösen érdekes az az, hogy erre a sajátos fényre a diffrakciós-limit nem vonatkozik! Ezzel sikerült megtalálnunk azt a módot, amivel, ha eszközeinkben használatba tudjuk venni ezt az új fényt, akkor túl tudunk lépni a "miniatürizált" optika fejlődése elé tornyosuló eddigi gáton.

Herczeg János