Forskere registrerer stærk toroidal dipolrespons i et bredt frekvensområde

Fysikere har formået at skabe en eksperimentel struktur med et stærkt toroidalt dipolrespons af det elektromagnetiske felt over et bredt frekvensområde. Dette svar er forbundet med en særlig konfiguration af elektromagnetiske strømme, der forårsager høj koncentration af feltet. Et specielt dielektrisk metalgitter blev skabt til at producere og måle responsen. Resultaterne kan bruges til at skabe ikke-spredende materialer, samt at kontrollere elektromagnetiske felter. Undersøgelsen blev offentliggjort i Avancerede optiske materialer .

Det er ikke muligt at oprette nøjagtige sensorer eller datalagrings- og behandlingsenheder uden at kontrollere elektromagnetiske feltegenskaber, såsom energikoncentration, svingningens retning, eller polarisering af bølger. Regulering af interaktionen mellem dipolresponser forbundet med forskellige strømkonfigurationer i feltet giver os mulighed for at ændre elektromagnetiske egenskaber ved et objekt, selv om det gør det usynligt. Dette kan opnås ved at oprette en struktur, der kombinerer to dipoltyper:konventionel elektrisk, og mere kompleks toroidal dipol.

Indtil nu, de toroidale dipoler eksperimentelt observeret af forskere var enten meget svage eller eksisterede kun i et ekstremt snævert frekvensområde, hvilket skabte komplikationer til praktisk brug. I øvrigt, de eksperimentelle strukturer var baseret på metaller, hvilket førte til store energitab. Forskere fra ITMO University sammen med deres kolleger fra Iran og Australien formåede at overvinde disse vanskeligheder. De var de første til at udvikle et metagitter bestående af dielektrisk materiale med et toroidalt dipolrespons, der dominerer over et bredt frekvensområde.

"Vi skabte en periodisk struktur, som vi derefter testede i en række eksperimenter for at sikre, at den toroidale dipol var stærk nok. Når man studerede spektret og fordelingen af ​​det elektromagnetiske felt, vi registrerede nogle karakteristiske træk for toroid dipol:feltet var stærkt koncentreret og havde en stærk langsgående komponent, hvilket betyder, at retningen for elektromagnetiske feltsvingninger falder sammen med dens udbredelsesretning. Dette kan være nyttigt til at skabe molekylære sensorer eller producere ikke -lineære effekter i optik, "forklarer Andrey Sayansky, Ph.d. studerende ved Fakultet for Fysik og Teknologi ved ITMO University.

For at oprette metagitteret, forskerne brugte indium- og galliumphosphider. Brydningsindekset for disse dielektriske materialer er lavere end indekset for almindelige materialer som germanium eller galliumarsenid. Imidlertid, resultaterne viste, at de mere overkommelige "mellemstore" dielektrikere også kan bruges til at undgå energitab. Forskere håber, at dette vil bidrage til mere aktiv forskning og praktisk anvendelse af sådanne strukturer. Et andet stort fund var, at meta-gitterets toroidale respons kan blive spændt af enhver polarisationsbølge. Dette vil hjælpe med at udvide anvendelsesområdet for meta-gitterbaserede materialer og enheder.

"Vi udviklede ikke et ikke-strålende materiale, men vi lagde det fundament, der var nødvendigt for dets oprettelse. Vores resultater er også velegnede til en række andre applikationer. Princippet om den toroidale dipolkontrol, der er demonstreret i vores forskning, kan tjene til at skabe sensorer, kontrollere lys og sende eller gemme oplysninger, "siger Andrey Miroshnichenko, professor ved University of New South Wales i Australien.