Ученые РФ и их коллеги из ряда зарубежных научных центров выяснили, как можно заставить наночастицы рассеивать свет не назад или вперед, а вбок
Физики из Университета ИТМО и ряда зарубежных научных центров
выяснили, как можно заставить наночастицы рассеивать свет не
назад или вперед, а вбок, сообщает РИА Новости. Это поможет
создать «невидимые» метаматериалы, а также новые типы датчиков и
голограмм, пишут ученые в журнале Physical Review
Letters.
«Мы впервые объединили эффекты Керкера и анти-Керкера и вышли на
новый уровень управления светом. Причем проблема была в нехватке
физического понимания процесса и сведений о параметрах, придающих
объектам такой уникальный оптический отклик. А нам и нашим
зарубежным коллегам удалось их описать», – рассказывает Александр
Шалин из Университета ИТМО.
Свет совершенно по-разному рассеивается, взаимодействуя с
крупными телами материального мира, такими как линзы, зеркала или
тело человека, и с небольшими объектами, в том числе атомами и
наночастицами, чьи размеры заметно меньше, чем длина его волны.
Сила их взаимодействий в последнем случае будет сильно зависеть
от свойств самих фотонов, что порождает массу любопытных
эффектов, в частности то, почему небо окрашено в синий цвет и
почему оно становится красным во время закатов и рассветов.
Это свойство света сегодня активно используется при разработке
различных оптических метаматериалов, «нарушающих» законы оптики,
в работе климатических спутников и целого ряда других научных
приборов.
Одна из самых необычных форм рассеяния света, как отмечают Шалин
и его коллеги, была открыта еще в середине прошлого века
известным американским физиком Милтоном Керкером. Наблюдая за
тем, как свет взаимодействовал с частичками аэрозолей, он
обнаружил, что в некоторых случаях он рассеивался не в случайных
направлениях, а двигался исключительно вперед по отношению к его
изначальному источнику.
Существует еще один похожий эффект, заставляющий свет двигаться
не вперед, а назад. Ученые достаточно давно пытаются использовать
оба этих свойства света для того, чтобы научиться эффективно
управлять его движением внутри световых чипов, для создания
«плащей-невидимок» и других подобных конструкций.
Год назад, как отмечает Шалин, его коллеги из Австралии создали
трехслойные наночастицы, похожие по структуру на луковицу, в
которых одновременно наблюдался и тот, и другой эффект, в
результате чего они начинали рассеивать свет вбок, а не вперед
или назад.
Эта идея привлекла внимание российских физиков и их зарубежных
соратников, задумавшихся о том, можно ли достичь подобного
эффекта, используя более просто устроенные наночастицы. Просчитав
их структуру при помощи уравнений Максвелла и компьютерных
моделей, ученые изготовили наночастицы, способные
взаимодействовать с микроволновым излучением, и проследили, как
они будут вести себя при облучении подобными волнами.
Как показали эти опыты, и одиночные наночастицы, миниатюрные кубы
из кремния длиной в 250 нанометров, и листы из подобных структур
одинаково хорошо рассеивали свет вбок, почти не отражая его назад
и не пропуская вперед.
За счет этого, по словам физиков, решетку из них можно сделать
невидимой: внешние поля частицы будут подавлять друг друга, в то
время как внутреннее поле будет только усиливаться. Такие решетки
или отдельные частицы можно применять, например, для сенсоров,
нелинейных устройств и голограмм.
Первые опыты такого рода Шалин и его коллеги уже провели, и в
скором времени результаты этих экспериментов будут опубликованы в
ведущих научных журналах мира.
Источник: ria.ru
