Onderzoekers meten magnetisch veld van licht

Medewerkers van het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica in Amsterdam hebben een meetinstrument ontwikkeld waarmee het magneetveld van licht gedetecteerd kan worden. Tot dusver was het zwakke veld moeilijk waar te nemen.

De wetenschappers van het in Amsterdam gevestigde AMOLF, ofwel het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica, werkten samen met onderzoekers van het Nederlandse bedrijf LioniX aan de sensor. Aangezien licht bestaat uit een elektromagnetische golf, heeft deze een elektrisch en een magnetisch veld. Beide hebben een zeer hoge frequentie, waarbij alleen het elektrisch veld meetbaar is. Het magneetveld interacteert vrijwel niet met materie, waardoor deze zeer moelijk is waar te nemen.

De onderzoekers van het FOM-Instituut ontwikkelden echter een sensor die dit magneetveld indirect kan waarnemen: de sensor of optische nanoprobe zet de magneetvelden om in een elektrische stroom. De sensor bestaat uit een ring met daarin een spleet ter grootte van 40 nanometer, waarbij de spleet als condensator dienst doet. De stroom oscilleert met een frequentie van enkele honderden terahertz en wordt weer omgezet in een lichtsignaal dat via een glasvezel naar een fotodiode wordt geleid en daar gedetecteerd wordt.

De sensor kan een rol spelen in onderzoek naar nanostructuren, waarbij met name metamaterialen onderzocht zouden kunnen worden. Deze materialen komen normaal niet in de natuur voor en hebben een negatieve brekingsindex als bijzondere eigenschap. Hierdoor zouden ze bijvoorbeeld als 'onzichtbaarheidsmantel' ingezet kunnen worden. Het onderzoek van de Nederlanders wordt in de wetenschappelijke uitgaven Science en ScienceExpress gepubliceerd.

Reacties (55)

[Roystenn]

En wat is hier het nut van als ik vragen mag?

[MistrX]

Een onzichtbaarheidsmantel is één van de applicaties. Waar het voornamelijk toe dient is het onderzoek dat beter uitgevoerd kan worden naar zogenaamde 'meta-materialen'. Dit zijn materialen die in de natuur niet voorkomen zoals het artikel al omschrijft.

De applicaties van meta-materialen variëren van een onzichtbaarheidsmantel naar bijvoorbeeld dingen zoals: Nanocircuits, hogere kwaliteit optische beeldvorming (nog betere microscopen d.m.v. superlenzen etc.), hogere kwaliteit antennes, en het kan waarschijnlijk zelfs materie afbuigen door de subatomische eigenschappen van materie.

Bij deze laatste zou u kunnen denken aan een kogelwerend vest dat niet de kracht van de kogel absorbeerd maar ombuigt zodat men letterlijk 'niet-te-raken' wordt. Dit is nog speculatief maar dankzij dit soort onderzoek kan er dieper uitgeplozen worden hoe meta-materialen zich werkelijk manifesteren.

[Reactie gewijzigd door MistrX op 22 juli 2024 18:46]

[Crugster]

Buiten alle antwoorden die je al gekregen hebt. Wat dacht je van fundamentele kennis?
Niemand vroeg aan Madam Curie wat in hemelsnaam het "nut" is van het bestuderen van hele kleine deeltjes of golfjes... Maar ben jij even blij dat ze het TOCH heeft gedaan (al was toen het "nut" nog niet direct duidelijk)...

Fundamentele kennis is de kiem van technologie ontwikkeling. Vaak kan je ook resultaat-gericht voortbouwen op dat wat er al gemaakt is (of nieuwe combinaties maken)... maar de grote sprongen vinden plaats op basis van fundamentele kennis (zo eens in de 50 jaar). Dus van de 100 onderzoeken die er gedaan worden vanuit een fundamentele (lees: academische) interesse zijn er misschien 99 die op de plank belanden, maar zolang er maar af en toe 1tje bij zit die de mensheid verder helpt (of verder in het slop... maar dat is een andere discussie) is het "nut" van kennis generatie toch wel duidelijk?

[Reactie gewijzigd door Crugster op 22 juli 2024 18:46]

[Anoniem: 14124]

Lezen: Hierdoor zouden ze bijvoorbeeld als 'onzichtbaarheidsmantel' ingezet kunnen worden.

Alleen al defensie zou hier interesse in hebben.

[Anoniem: 93798]

Daar is zelfs al ooit een artikeltje over verschenen op tweakers; nieuws: Wetenschappers tonen materiaal dat 3d-objecten onzichtbaar maakt

Verder leuke ontdekking, dus als ik goed begrijp heeft licht een magnetisch veld (=aantrekkingskracht), als men dit veld kan manipuleren kan men zoals in de SF films met een lichtstraal op lange termijn objecten verplaatsen of in een greep houden ...

[Boxman]

Een magnetisch veld is niet per definitie een aantrekkingskracht. In bepaalde omstandigheden kan een magnetisch veld een materiaal dat specifieke eigenschappen heeft aantrekken - dit is echter lang niet altijd het geval. Een object vast kunnen grijpen met een lichtstraal is dan ook hoogst onwaarschijnlijk.

Bovendien oscilleert het magneetveld van een lichtbundel, zodat het onder ideale omstandigheden om en om zou aantrekken en afstoten. Daar heb je vrij weinig aan. Hier komt dan nog bij dat een dergelijke kracht onnoemelijk klein zal zijn, hier zul je in de praktijk niets aan hebben. Overigens is het al lange tijd bekend dat licht een dergelijk veld heeft, dus dat is in zekere zin niks nieuws.

Je zegt het verder goed, dingen oppakken met een lichtstraal is enkel iets voor SF films.

[Anoniem: 175233]

Dingen oppakken met een lichtstraal is geen SF... Het wordt al zo'n 20 jaar gedaan in biofysica labs over de gehele wereld. Ik heb er persoonlijk mee gewerkt. Dus echt geen SF hoor.

Werkt echter niet vanwege het magneet veld, maar omdat je het licht afbuigt. En aangezien licht een impuls heeft, betekent afbuiging een impuls verandering, hetgeen zich als een kracht manifesteert. En daardoor kun je in een sterk gefocusseerde bundel licht, prima een deeltje vastpakken, hetgeen dan in een stabiel evenwicht zit ook! Wordt i.h.a. een optical tweezers genoemt. Zie ook http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_tweezers

Natuurlijk is de kracht niet zo groot, want anders zouden we door een zaklamp achteruit geduwd worden... Dus gebruik je lasers op deeltjes van enkele micrometers grootte. Maar het concept werkt in principe net zo hard voor grotere deeltjes.

[Vagary]

Je zegt het verder goed, dingen oppakken met een lichtstraal is enkel iets voor SF films.

Tis niet helemaal hetzelfde, zeker niet gezien grootte en magnetisch veld maar komt toch wel akelig dichtbij. Zie hieronder, overigens ook nederlands onderzoek van Amolf:

A setup is described for simultaneous three-dimensional manipulation and imaging inside a concentrated colloidal dispersion using (time-shared) optical tweezers and confocal microscopy. The use of two microscope objectives, one above and one below the sample, enables imaging to be completely decoupled from trapping. The instrument can be used in different trapping (inverted, upright, and counterpropagating) and imaging modes. Optical tweezers arrays, dynamically changeable and capable of trapping several hundreds of micrometer-sized particles, were created using acousto-optic deflectors. Several schemes are demonstrated to trap three-dimensional colloidal structures with optical tweezers. One combined a Pockels cell and polarizing beam splitters to create two trapping planes at different depths in the sample, in which the optical traps could be manipulated independently. Optical tweezers were used to manipulate collections of particles inside concentrated colloidal dispersions, allowing control over colloidal crystallization and melting. Furthermore, we show that selective trapping and manipulation of individual tracer particles inside a concentrated dispersion of host particles is possible as well. The tracer particles had a core-shell geometry with a high refractive index material core and a lower index material shell. The host particles consisted of the same material as the lower index shells and were fluorescently labeled. The tracer particles could be manipulated without exerting forces on the host particles because the mixture was dispersed in a solvent with the same refractive index as that of the host particles. Using counterpropagating tweezers strongly scattering particles that could not be trapped by conventional single-beam optical tweezers were trapped and manipulated.

[fevenhuis]

Om wat te leren over de huidige verschillende onderzoeken naar ontzichtbaarheid is het interressant om de eerste aflevering van deze amerikaanse populaire wetenschap tv-serie te kijken: That's Impossible - Invisibility Cloaks

[arcadios2007]

Ontzichtbaarheid... Da's een mooie 'inktzichtelijke' manier om het uit te leggen

[ookhoi]

Zoals een zwart gat?

[ReneX]

Eeen zwart gat is weer zichtbaar doordat er niks zichtbaar is .....

[Rob Coops]

Ehm, je vergeet een ding.

Het magneetveld interacteert vrijwel niet met materie, waardoor deze zeer moelijk is waar te nemen.

Wat men eigenlijk zegt is dat als er een meetbare invloed was van het magnetisch veld van een lichtstraal op materie dat men dat zou moeten kunnen meten het feit dat de interactie zo extreem klein is dat het niet meetbaar is en dat dit soort exotische methode moeten worden bedacht om dit te doen geeft al aan dat het idee dat het extreem onwaarschijnlijk is dat er ooit een mogelijkheid zal worden gevonden om door middel van licht objecten in een greep te houden.

[Trinitronic]

"vrijwel niet" betekend dus niet niets maar iets, en "extreem onwaarschijnlijk is dat er ooit een mogelijkheid" klinkt zo negatief alsof we het maar beter niet moeten proberen.

[Reactie gewijzigd door Trinitronic op 22 juli 2024 18:46]

[Mr.Aargh]

Alleen moet je dan iets toepassen dat alle licht frequenties overlapt.
En dat lijkt mij een pittige.

[Mitsuko]

Gaat het niet om onderzoek naar metamaterialen? (waarvan dan een onzichtbaarheidsmantel gamaakt zou kunnen worden)

[MSalters]

Correct gelezen. Dit is slechts bruikbaar als meetinstrument, en draagt verder niet bij. Toegegeven, iets kunnen meten wat je eerder niet kon meten is best nuttig in de wetenschap.

[Anoniem: 241683]

'onzichtbaarheidsmantel' klinkt wel heel erg aliën
Als er een 'onzichtbaarheidsmantel' gemaakt gaat worden, test ik hem. Zonder slechte bedoelingen uiteraard

[johncheese002]

Metal Gear...yeah!

[90710]

Aliën? Harry Potter zal je bedoelen

[Barleone]

testen en dan doodleuk weglopen
overigens, hoe vind je zo'n ding terug als je hem kwijt bent..

[HotFix]

Hetzelfde als met bepaalde afstandsbedieningen.

Twee keer klappen

[Niosus]

dan komt er binnekort een hele nieuwe generatie "glazen" deur pranks

[Flappiewappie]

Laatste alinea..,

Denk aan de technische wetenschappen, maar ook de life science wetenschappen zijn dit soort detectie methoden erg prettig.

[Rannasha]

Kennis van de wereld om ons heen.

Veel wetenschap heeft geen directe toepassing. Aan de andere kant, veel van de ontwikkelingen van de laatste 100 jaar zijn indirect voortgekomen uit dit soort "nutteloze" ontdekkingen. Je kunt niet zomaar zeggen "Ok, laten we nu iets revolutionairs uitvinden", je onderzoekt iets, vindt wat resultaten en wellicht dat een tijd later iemand anders die resultaten ziet en combineert met andere ideeen om zo iets nieuws te bedenken.

[StackMySwitchUp]

Hierdoor zouden ze bijvoorbeeld als 'onzichtbaarheidsmantel' ingezet kunnen worden

Militaire doeleinden, natuurstudie

Mischien kan met verder onderzoek ook een stap gemaakt worden in quantumcomputing (als je de frequentie van licht kan beinvloeden heb je een zeer dikke bandbreedte om data over te versturen)

[Carbon]

Heb je het artikel wel gelezen?
Aan het eind staat een mogelijke toepassing!

[Anoniem: 291477]

Veel dieren zijn in het bezit van een magnetismezintuig. Trekvogels gebruiken magnetische aanwijzingen (samen met gepolariseerd licht, sterrentekens, positie van de zon) om hun richting naar het zuiden in de herfst en het noorden in het voorjaar, te vinden. Er zijn al heel veel experimenten uitgevoerd met dieren waarvan een magnetisch zintuig bekend is, bijvoorbeeld tijdens trekonrust, een periode wanneer vogels zo graag willen vertrekken dat ze zelfs in kooien de juiste richting opzoeken.

Als het magnetisch veld dan wordt omge-draaid, dan verzamelen de vogels zich in deze nieuwe richting.

Dit gedragsexperiment werd al in 1966 uitgevoerd door Wolfgang Wiltschko van de Universiteit van Frankfurt.


Dus stel ze zouden dit testen... op grote schaal ofzo.. dan stoor je toch weer de natuur? of ligt dat aan mij

Dus ik zou zeggen.. leuk zo'n onzichtbaarheidsmantel maar het verpest de natuur.

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 291477 op 22 juli 2024 18:46]

[Boxman]

De link met magnetismezintuigen is hier irrelevant, aangezien we het over totaal verschillende ordes van grootte hebben - en ook nog een fundamenteel andere omgeving. De magnetische component van een lichtgolf is zo zwak dat dit tot nog toe bijna niet te meten was. Dit heeft dan ook geen verdere abnormale invloed op de natuur - bovendien is het er altijd al geweest, het enige wat ze nu doen is het meten. Tevens heeft dit magneetveld geen eenduidige richting (licht reflecteert op vanalles en komt in zekere zin van alle kanten), dus ook als het sterk genoeg was zou dat geen effect hebben op magnetismezintuigen van bepaalde dieren. Die orienteren zich met behulp van het aardmagnetisch veld - die heeft wel een eenduidige richting.

En al had het invloed op de natuur - hypotetisch gezien -, dan was dat al miljarden jaren zo geweest en hadden de dieren zich er al op aangepast. Licht bestaat namelijk al sinds het begin der tijden, op zeer zeer grote schaal - je zou kunnen zeggen dat licht niet op grotere schaal toepasbaar is.

Overigens gaat het over het meten van de magnetische component, met een sensor. Het toepassen van een sensor heeft absoluut geen noemenswaardig effect op de omgeving.

[Reactie gewijzigd door Boxman op 22 juli 2024 18:46]

[bwerg]

Kleine toevoeging: Bij het meten van zéér kleine grootheden (met name op quantumniveau) heeft het meten zeker wél een invloed op de omgeving (op die grootheid dus). Dat zal hier ook wel het geval zijn. Maar het effect hiervan zal ook weer niet groot genoeg zijn om ook maar érgens invloed op te hebben.

[Boxman]

Bij het meten op kwantumniveau heb je een invloed op het te meten deeltje, niet op de omgeving. Door te meten oefen je een invloed uit op de Schrödinger golffunctie van het te meten deeltje (die klapt in), waardoor je door 1 grootheid nauwkeurig te meten een andere grootheid niet meer met zekerheid kunt bepalen. Hier komt ook het Heisenberg onzekerheidsprincipe vandaan ("je kunt niet tegelijkertijd nauwkeurig meten hoe snel iets gaat en op welke plek het is". Voor de kenners: sigma(p)*sigma(x)>= h-streep/2) - in de kwantummechanika heb je het eigenlijk altijd over kansen om iets met een bepaalde waarde waar te nemen. Heb je de kans van de ene grootheid nauwkeurig bepaald, is de kansverdeling van de andere grootheid erg breed geworden en kan die niet meer nauwkeurig worden bepaald.

Dus door aan een foton te meten oefen je invloed uit op het foton zelf, niet op de omgeving van het foton.

[Reactie gewijzigd door Boxman op 22 juli 2024 18:46]

[MSalters]

Dit apparaat meet magneetvelden met een frequentie uitgedrukt in terahertz (THz). Het aardmagnetisch veld heeft een frequentie die je kunt uitdrukken in picoHertz (pHz). Best wel een verschil, dus.

[Baritee]

Negatieve brekingsindex, hoe moet ik dat interpreteren?

edit blijkbaar zoiets als een spiegel maar dan met een andere hoek

[Reactie gewijzigd door Baritee op 22 juli 2024 18:46]

[AugmentoR]

De vis lijkt net zo ver weg, maar is werkelijk onder een totaal andere hoek te vinden dan je verwacht, een beetje alsof je door een 'omkerende' lens kijkt
wiki metamateriaal

[Reactie gewijzigd door AugmentoR op 22 juli 2024 18:46]

[Toontje_78]

Als je in water kijkt onder een hoek, lijkt de vis dichterbij dan dat ie werkelijk is. Als water een negatieve brekingsindex heeft, lijkt die zelfde vis verder weg dan in werkelijkheid.

[Boxman]

Wat jij beschrijft is het verschil tussen een brekingsindex van n>1 en een brekingsindex van n<1. Je hebt het dan nog niet over een negatieve brekingsindex, dat ligt wat complexer.

[TMoose]

Kan met deze techniek de datastroom in een glasvezel gekopieerd worden zonder de oorspronkelijke lichtstroom aan te tasten?

[JapyDooge]

Dat is inderdaad een goede vraag. Mij lijkt het zodra er meerdere signalen tegelijkertijd doorheen gaan (dmv kleuren) dat het onmogelijk wordt, net als bi-directioneel verkeer gaat lastig worden (tenzei je een setup maakt met meerdere sensors zodat dat te onderscheiden is).

[MSalters]

Vermoedelijk niet. Quantummechanisch gezien moet het magneetveld zich uitstrekken tot buiten de glasvezel zelf. Echter, om een glasvezel te laten werken moet het lichtverlies, en dus dat effect bijzonder beperkt zijn.

Een tweede quantummechanisch effect is dat de meting uiteindelijk ook weer via fotonen gaat. Nu is de vraag wat de verhouding is tussen het aantal fotonen in de glasvezel en defotonen die geproduceerd worden voor de meting. Dat zal erg hoog zijn, terwijl het aantal fotonen per bit in de glasvezel zelf niet erg hoog zal zijn. Je zou zomaar minder dan 1 foton per bit kunnen krijgen, gemiddeld. Maar fotonen zijn gequantiseerd: je hebt soms 0 fotonen, soms 1, om aan een gemiddelde van minder dan 1 te komen. Dat wil dus zeggen dat er sommige bits gemist gaan worden.

[n00bs]

Grappig
Wat ook zo grappig is dat vele jaren geleden nog op de middelbare (VWO) ik aan mijn Natuurkundeleraar vroeg of het niet mogelijk zou zijn met een extreem sterk magnetisch veld, licht af te buigen zodat anderen een specifiek object niet meer zouden kunnen zien.
Hij zei dat dit onmogelijk was en dat electromagnetisme geen grip heeft op licht.

[Aham brahmasmi]

Hij had dan ook gelijk omdat het niet lukt met een extreem sterk veld. Wel met geavanceerdere middelen.

[Anoniem: 234453]

Onzichtbaarheidsmantels werken al vrij behoorlijk en zijn echt niet "alien". Zie de aflevering "Invisibility Cloaks" van de serie "That's Impossible" op Youtube om er eentje in werking te zien.

Interessante serie overigens... (Kijk ook naar de afleveringen Mind Control en Weather Wars)

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 234453 op 22 juli 2024 18:46]

[henrim123]

lol het FOM in nieuwegein had als eerste glasvesel in nederland denk ik, maar men ontdekte al snel dat het niet werkte omdat het licht in de glasvezels beinvloed werd door het super sterke magneet veld van de reactor en daarom schakelde weer terug op gewoon koper.omdat dat beter afgeschermt kan worden.

ik denk dat het 20 jaar geleden was of meer.
Duurt wel lang zo iets dat ze met dit toevallige probleem niets nuttige gedaan kan worden.

[Anoniem: 320491]

Cool
Niemand heeft het nog genoemd, maar ik kan me voorstellen dat we binnenkort ook hiermee licht kunnen manipuleren om 3D projecties mogelijk realistischer te maken..

Het zal nog wel een paar jaar duren, maar als je dit kan meten dan kun je ook binnenkort ook actuatoren verwachten die op kleine schaal licht kunnen beinvloeden...

[Anoniem: 290112]

Deze materialen komen normaal niet in de natuur voor en hebben een negatieve brekingsindex als bijzondere eigenschap. Hierdoor zouden ze bijvoorbeeld als 'onzichtbaarheidsmantel' ingezet kunnen worden.

Misschien komen ze wel voor, maar zien we ze simpelweg niet

[johnkessels87]

ik voorzie transistors op licht basis?

[Spiked]

Of zonnepanelen die ook inductie omzetten in energie.

[bwerg]

Is de energie die in die inductie gaat zitten niet zó klein dat het ordes van grootte minder energie oplevert dan de huidige methoden om licht in nuttige energie om te zetten? Dan heeft het namelijk weinig zin, dan gaat je rendement bijvoorbeeld van 20% naar 20,0001%.

[Confusion]

Bwerg slaat de spijker op de kop. Het magnetisch veld is zo moeilijk te meten omdat het zo weinig energie overdraagt op andere materie. Dit komt deels doordat er minder interactie is, maar dat komt voor een belangrijk deel doordat het veld gewoon veel minder energie 'bevat'.