Forskere opdager nye nanopartikler med udelukkende lateral lysspredning

Et internationalt team af fysikere har frembragt første tegn på partikler, der er i stand til at sprede lys i en lateral retning ved at undertrykke spredning frem og tilbage. Forskerne studerede fysikken bag dette fænomen og bekræftede deres teoretiske resultater med et eksperiment i mikrobølgespektralområdet, beviser, at gitter eller metaoverflader lavet af disse materialer kan være fuldstændig usynlige. Disse resultater kan bruges i en række forskellige applikationer, herunder lys routing, binærkodede hologrammer, og sensorer. Undersøgelsen blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

Undersøgelser om lysspredning i all-dielektrisk fotonik refererer ofte til den såkaldte Kerker-effekt, der opstår, når et objekt kun spreder lys i fremadgående retning. I modsætning, spredningen af ​​lys i baglæns retning kaldes anti-Kerker-effekten. Ved at bruge disse fænomener, forskere kan opnå usædvanlige måder til lysstyring på nanoskalaen.

Et internationalt forskerhold har bl. for første gang, vist, at disse to effekter kan forekomme samtidigt, hvilket resulterer i kun spredning i siden. Fysikere beskrev matematisk de forhold, der forårsagede denne effekt, og undersøgte detaljeret fysikken bag. Deres teoretiske arbejde blev bekræftet ved forsøg inden for mikrobølgeovnen. I øvrigt, ordnede strukturer - metasflader - blev også overvejet. På grund af partiklernes usædvanlige opførsel, sådanne gitter kan give ikke-triviel usynlighed:forsvindende forstyrrelse af hændelser og transmitterede felter ledsaget af stærk feltforbedring inde i partiklerne. På samme tid, fasen af ​​den transmitterede bølge forbliver uændret, som om der slet ikke er nogen hindring. Denne særlige effekt kan bruges, f.eks., til sansning, en række ikke-lineære opgaver, og hologrammer.

"For første gang, vi har kombineret Kerker og anti-Kerker fysiske effekter for at nå et nyt niveau af lysstyring-opnå spredning udelukkende til siden næsten uden spredning fremad eller bagud. Og problemet lå ikke kun i de passende ligninger, men mest i de fysiske mekanismer bag fænomenet. Derfor, der var ingen information om objektets nødvendige parametre med en så unik optisk signatur. Og det lykkedes os at levere disse resultater på højt niveau takket være bredt internationalt samarbejde, " siger Alexander Shalin, leder af International Laboratory Nano-Optomechanics ved ITMO University.

Ifølge forfatterne, undersøgelsen begyndte for cirka et år siden. De første teoretiske estimater og forudsigelser blev grundigt diskuteret med Yuri Kivshar, en professor ved Australian National University og ITMO University, og Andrey Evlyukhin, en forsker fra Hannover Laser Centrum, Tyskland. Den anden fase af den teoretiske del inklusive numeriske beregninger blev udført med kolleger fra Ben-Gurion University, Israel. Eksperimenterne blev udført på ITMO University. Dette fælles arbejde og høje fysiske indsigt i problemet gjorde det muligt for teamet at komme ud foran et team i Kina, der arbejdede på et lignende problem fra numerisk optimering.

"I arbejdet med dette projekt, Jeg overvandt adskillige udfordringer takket være konsultationerne af min vejleder Dr. Alexander Shalin og vores oversøiske samarbejdspartnere. Det hjalp mig med at opbygge gode lærings- og tillidsevner, og jeg håber at kunne bidrage effektivt til udviklingen af ​​mit felt. Optik er i dag integreret i mange discipliner som datalogi, biologi og kemi. Og ITMO University tilbyder et unikt miljø for videnskabelig forskning, da det forener masser af videnskabsmænd på højt niveau. Fakultetet støtter os med moderne udstyr og omfattende videnskabeligt samarbejde med internationale forskningscentre. Alt dette gør vores muligheder ubegrænsede "kommenterer Hadi K. Shamkhi, en ph.d. studerende ved fakultetet for fysik og teknik på ITMO University.