En grupp fysiker från Ryssland, Sverige och USA har visat en mycket ovanlig optisk effekt. De lyckades "praktiskt taget" absorbera ljus med hjälp av ett material som inte har någon ljusabsorberande förmåga. Forskningsresultaten, publicerad i Optica , bryta ny mark för skapandet av minneselement för ljus.

Absorption av elektromagnetisk strålning, inklusive ljus, är en av de viktigaste effekterna av elektromagnetism. Denna process sker när elektromagnetisk energi omvandlas till värme eller annan typ av energi i ett absorberande material (t.ex. under elektroncitation). Kol, svart färg och kolnanorörsarrays - även kända som Vantablack - verkar svarta eftersom de absorberar energi från det infallande ljuset nästan helt. Andra material, såsom glas eller kvarts, har inga absorberande egenskaper och ser därför transparenta ut.

I sin teoretiska forskning, vars resultat publicerades i tidskriften Optica , fysikerna lyckades skingra den enkla och intuitiva tanken genom att få ett helt transparent material att se perfekt absorberande ut. För att uppnå det, forskarna använde speciella matematiska egenskaper hos spridningsmatrisen - en funktion som relaterar ett infallande elektromagnetiskt fält till det som sprids av systemet. När en ljusstråle med tidsoberoende intensitet träffar ett transparent objekt, ljuset absorberas inte, men sprids av materialet - ett fenomen som orsakas av spridningsmatrisens enhetliga egenskap. Det visade sig, dock, att om intensiteten hos den infallande strålen varieras med tiden på ett visst sätt, enhetens egendom kan störas, åtminstone tillfälligt. Särskilt, om intensitetstillväxten är exponentiell, den totala infallande ljusenergin ackumuleras i det transparenta materialet utan att lämna det (fig. 1). Så är fallet, systemet kommer att se perfekt absorberande utifrån.

För att illustrera effekten, forskarna undersökte ett tunt lager av ett transparent dielektrikum och beräknade den intensitetsprofil som krävs för absorption av det infallande ljuset. Beräkningarna bekräftade att när infallsvågens intensitet växer exponentiellt (den streckade linjen på fig. 2), ljuset varken överförs eller reflekteras (den fasta kurvan på fig. 2). Det är, skiktet ser perfekt absorberande ut trots att det saknar den faktiska absorptionskapaciteten. Dock, när den exponentiella tillväxten av infallsvågamplituden stannar (vid t =0), energin låst i skiktet frigörs.

"Våra teoretiska fynd verkar vara ganska kontraintuitiva. Fram tills vi började vår forskning, vi kunde inte ens föreställa oss att det skulle vara möjligt att dra av ett sådant trick med en transparent struktur, "säger Denis Baranov, en doktorand vid MIPT och en av författarna till studien. "Dock, det var matematiken som ledde oss till effekten. Vem vet, elektrodynamik kan mycket väl hysa andra fascinerande fenomen. "

Resultaten av studien vidgar inte bara vår allmänna förståelse för hur ljus beter sig när det interagerar med vanliga transparenta material, men har också ett brett utbud av praktiska tillämpningar. För att ge ett exempel, ackumulering av ljus i ett transparent material kan hjälpa till att designa optiska minnesenheter som skulle lagra optisk information utan förluster och släppa den vid behov.