En allmänt hållen förståelse för elektromagnetisk strålning har utmanats i nypublicerad forskning ledd vid University of Strathclyde.

Studien fann att den normala direkta överensstämmelsen mellan bandbredderna för den aktuella källan och utsänd strålning kan brytas. Detta uppnåddes genom att extrahera smalbandsstrålning med hög effektivitet, utan att göra svängningen av det nuvarande smalbandet.

Fyndet producerade smalbandiga ljuskällor i media där elektromagnetisk strålning normalt inte skulle vara möjlig. Det är ett kraftfullt verktyg för forskare som gör det möjligt för dem att förstå krångligheterna i hur material, eller till och med biologiska molekyler, bete sig under olika förhållanden, som har stor inverkan på människors liv genom utveckling av nya produkter och medicinska behandlingar.

Forskningen, publicerad i Vetenskapliga rapporter , involverade även forskare vid Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) och Gwangju Institute of Science and Technology (GIST), båda i Sydkorea.

Professor Dino Jaroszynski, vid Strathclydes institution för fysik, ledde studien. Han sa:"Koherenta ljuskällor som lasrar har många användningsområden, från kommunikation till att undersöka materiens struktur. Den enklaste källan till koherent elektromagnetisk strålning är en oscillerande elektrisk ström i en antenn. Dock, det finns många andra enheter som är baserade på dessa grundläggande fysiklagar, såsom frielektronlasern, som producerar koherent röntgenstrålning, eller magnetroner som finns i mikrovågsugnar.

"Vår studie har visat att vissa vanliga medier med intressanta optiska egenskaper kan utnyttjas om vi inbäddar, eller begrava, en oscillerande strömkälla i dem. Media som plasma, halvledare och fotoniska strukturer har en "cut-off", där utbredning av elektromagnetisk strålning med frekvenser som är lägre än gränsfrekvensen inte är möjlig. vi märkte att strålningsimpedansen ökar vid cut-off.

"En konsekvens av detta är att för en bredbandsströmkälla nedsänkt i denna typ av dispersivt medium, gränsfrekvensen "mod" förbättras selektivt på grund av Ohms lag, vilket resulterar i emission av smal bandbredd. Vad som är märkligt är att ny fysik fortfarande bör döljas i det klassiska cut-off-beteendet; i vår forskning, vi avslöjade en gömd yta av cut-off och insåg ett nytt paradigm av smalbandiga ljuskällor i media som vanligtvis inte skulle tillåta elektromagnetisk strålning att fortplanta sig. Detta är en anmärkningsvärt enkel idé baserad på okomplicerad fysikteori som verkar ha förbisetts.

"Det här är en mycket spännande teoretisk upptäckt som kommer ur ett mycket fruktbart samarbete över kontinenten. Det visar att vi alltid bör hålla ett öppet sinne och ifrågasätta även mycket grundläggande antaganden. Vi hoppas kunna demonstrera detta fenomen på Strathclyde-baserade Scottish Center för tillämpningen av plasmabaserade acceleratorer; det finns många tillämpningar av elektromagnetisk strålning och den föreslagna källan borde ha en stor inverkan om vi kan demonstrera det experimentellt."

Professor Min Sup Hur vid UNIST, Republiken Sydkorea, som leder arbetet från UNIST, sa:"Denna nya upptäckt är vetenskapligt intressant, eftersom det leder till att vi ser fenomenet elektromagnetisk strålning från en helt annan synvinkel. Vi hoppas det fruktbara internationella samarbetet, som förde oss till denna teoretiska upptäckt, kommer att fortsätta med den experimentella demonstrationen av idén."

Moderna ljuskällor, eller, mer allmänt, elektromagnetiska källor som används som vetenskapliga verktyg kräver god koherens, monokromaticitet, och hög emissionseffekt. Koherens och smal bandbredd - eller monokromaticitet - är viktiga egenskaper hos elektromagnetisk strålning som gör att den kan användas för att observera förändringar i strukturen hos material som utsätts för stimuli, såsom en kort intensiv laserpuls; materialegenskaper härleds från förändringar som görs uppenbara i pump-probe-studier. En analogi skulle vara att göra en film genom att sätta ihop många tidsförloppsbilder för att animera de förändringar som sker i materialet efter att det har stimulerats.

Den största utmaningen är att göra högeffektkällor för elektromagnetisk strålning monokromatiska. Detta görs ofta genom att göra den oscillerande strömmen smalband eller filtrera spektrumet, vilket är extremt ineffektivt. Det är komplicerat, och kan vara dyrt, för att minska bandbredden för en strömkälla samtidigt som den bibehåller eller ökar dess utstrålade effekt.

The Research Excellence Framework 2014, den omfattande betygsättningen av brittiska universitets forskning, rankade University of Strathclydes fysikforskning först i Storbritannien, med 96 % av produktionen bedömd som världsledande eller internationellt utmärkt.