Teoretisk opdagelse af transparente partikler, der bryder den tidligere accepterede grænse for synlighed

Gennemsigtige partikler med ekstraordinært høje brydningsindeks kan blive næsten usynlige ved bølgelængder længere end partikelstørrelsen, et A*STAR-ledet teoretisk studie har vist. Opdagelsen udfordrer den accepterede visdom omkring grænserne for lysspredning og synlighed, og kunne føre til en ny klasse af 'usynlige' materialer.

Spredningen af ​​sollys fra gasmolekyler i atmosfæren er det, der får himlen til at se blå ud, giver os mulighed for effektivt at se, hvad der ellers ville være et gennemsigtigt medie. Denne proces, kendt som Rayleigh -spredning, opstår, når molekyler eller partikler er mindre end lysets bølgelængde, der rammer dem. Det har længe været accepteret, at alle partikler undergår Rayleigh -spredning, og at den mindste mængde spredning forekommer, når brydningsindekset - et mål for lysets 'langsomhed', der passerer gennem et medium sammenlignet med et vakuum - er mindre end to. Vand, luft og glas opfylder alle denne betingelse, tyder på, at Rayleigh -spredning, der gør himlen blå, er den mindst synlige tilstand, der fysisk kan opnås.

Boris Luk'yanchuk og kolleger fra A*STAR Data Storage Institute, i samarbejde med forskere fra Australian National University, har nu forstyrret denne status quo med opdagelsen af, at Rayleigh -spredning kan undertrykkes i transparente partikler ved bølgelængder længere end partikelskalaen, hvis deres brydningsindeks er ekstraordinært højt.

"Der har været mange forsøg på at reducere spredning, "siger Luk'yanchuk." For eksempel, undertrykkelse af bagrefleksionen af ​​radarsignaler er blevet bredt undersøgt som en del af udviklingen af ​​stealth -teknologi. Alligevel har selv meget små transparente partikler en vis grad af spredning. Vi har kunnet afsløre et nyt fænomen, der kunne bruges til at designe ultratransparente optiske materialer. "

Rayleigh-spredning opstår, når lys absorberes af et molekyle-der producerer en adskillelse af positive og negative ladninger kendt som en elektrisk dipol-og genudsendes af dipolen ved den samme energi. Dette kan forekomme ved alle bølgelængder, men er mere effektiv ved korte bølgelængder, derfor er himlen mere blå (kort bølgelængde) end rød (lang bølgelængde).

"I vores teoretiske undersøgelse fandt vi, at for materialer med meget høje brydningsindeks, bidraget fra den elektriske dipol bliver forsvindende lille, "forklarer Luk'yanchuk." Specifikt, vi fandt ud af, at den elektriske dipoltilstand i små partikler af sådanne materialer undertrykkes af fremkomsten af ​​en anden dipoltilstand, resulterer i ultrasvag spredning under Rayleigh-grænsen. Udfordringen er nu at finde eller udvikle materialer med et højt nok brydningsindeks ved bølgelængden af ​​interesse til at undertrykke Rayleigh -spredning. "