Transparenta partiklar med utomordentligt höga brytningsindex kan bli nästan osynliga vid våglängder längre än partikelstorleken, en A*STAR-ledd teoretisk studie har visat. Upptäckten utmanar den accepterade visdomen kring gränserna för ljusspridning och synlighet, och kan leda till en ny klass av 'osynliga' material.

Spridningen av solljus från gasmolekyler i atmosfären är det som får himlen att se blå ut, så att vi effektivt kan se vad som skulle vara ett transparent medium. Denna process, känd som Rayleigh -spridning, uppstår när molekyler eller partiklar är mindre än ljusets våglängd som träffar dem. Det har länge accepterats att alla partiklar genomgår Rayleigh -spridning, och att den minsta spridningsmängden inträffar när brytningsindexet - ett mått på ljusets "långsamhet" som passerar genom ett medium jämfört med ett vakuum - är mindre än två. Vatten, luft och glas uppfyller alla detta villkor, tyder på att Rayleigh -spridningen som gör himlen blå är det minst synliga tillståndet som fysiskt kan uppnås.

Boris Luk'yanchuk och kollegor från A*STAR Data Storage Institute, i samarbete med forskare från Australian National University, har nu rubbat denna status quo med upptäckten att Rayleigh -spridning kan undertryckas i transparenta partiklar vid våglängder längre än partikelskalan om deras brytningsindex är utomordentligt hög.

"Det har gjorts många försök att minska spridning, "säger Luk'yanchuk." Till exempel, undertryckande av bakre reflektion av radarsignaler har studerats i stor utsträckning som en del av utvecklingen av stealth -teknik. Men även mycket små transparenta partiklar har en viss spridning. Vi har kunnat avslöja ett nytt fenomen som kan användas för att designa ultratransparenta optiska material."

Rayleigh-spridning uppstår när ljus absorberas av en molekyl - producerar en separation av positiva och negativa laddningar som kallas en elektrisk dipol - och återutsänds av dipolen med samma energi. Detta kan inträffa vid alla våglängder, men är mer effektiv vid korta våglängder, vilket är anledningen till att himlen är mer blå (kort våglängd) än röd (lång våglängd).

"I vår teoretiska studie fann vi att för mycket höga brytningsindexmaterial, bidraget från den elektriska dipolen blir försvinnande liten, "förklarar Luk'yanchuk." Specifikt, vi fann att det elektriska dipolläget i små partiklar av sådana material undertrycks av uppkomsten av ett annat dipolläge, vilket resulterar i extremt svag spridning under Rayleigh-gränsen. Utmaningen nu är att hitta eller utveckla material med tillräckligt högt brytningsindex vid våglängden av intresse för att undertrycka Rayleigh -spridning. "