Fysiker har lyckats skapa en experimentell struktur med ett starkt toroidalt dipolsvar hos det elektromagnetiska fältet över ett brett frekvensområde. Detta svar är associerat med en speciell konfiguration av elektromagnetiska strömmar som orsakar hög koncentration av fältet. Ett speciellt dielektriskt metallgaller skapades för att producera och mäta svaret. Resultaten kan användas för att skapa icke-spridande material, samt att styra elektromagnetiska fält. Forskningen publicerades i Avancerade optiska material .

Det är inte möjligt att skapa exakta sensorer eller datalagrings- och behandlingsenheter utan att kontrollera elektromagnetiska fältegenskaper som energikoncentration, svängningsriktningen, eller polarisering av vågor. Att reglera interaktionen mellan dipolresponser associerade med olika strömkonfigurationer i fältet ger oss möjlighet att ändra elektromagnetiska egenskaper hos ett objekt till och med för att göra det osynligt. Detta kan uppnås genom att skapa en struktur som kombinerar två dipoltyper:konventionell elektrisk, och mer komplex toroidal dipol.

Tills nu, de toroidala dipolerna som experimentellt observerats av forskare var antingen mycket svaga eller existerade endast i ett extremt smalt frekvensområde, vilket skapade komplikationer för praktisk användning. Dessutom, de experimentella strukturerna baserades på metaller, vilket ledde till stora energiförluster. Forskare från ITMO University tillsammans med sina kollegor från Iran och Australien lyckades övervinna dessa svårigheter. De var de första som utvecklade ett metagitter bestående av dielektriskt material med ett toroidalt dipolsvar som dominerar över ett brett frekvensområde.

"Vi skapade en periodisk struktur som vi sedan testade i en rad experiment för att säkerställa att den toroidala dipolen var tillräckligt stark. När vi studerade spektrumet och fördelningen av det elektromagnetiska fältet, vi registrerade några funktioner som är typiska för toroidal dipol:fältet var mycket koncentrerat och hade en stark längsgående komponent, vilket innebär att riktningen för elektromagnetiska fältoscillationer sammanfaller med dess utbredningsriktning. Detta kan vara användbart för att skapa molekylära sensorer eller producera olinjära effekter i optik, "förklarar Andrey Sayansky, Ph.D. student vid fakulteten för fysik och teknik vid ITMO University.

För att skapa metagitteret, forskarna använde indium- och galliumfosfider. Brytningsindexet för dessa dielektriska material är lägre än indexet för vanliga sådana som germanium eller galliumarsenid. Dock, resultaten visade att de billigare "medelstora" dielektrikema också kan användas för att undvika energiförlust. Forskare hoppas att detta kommer att bidra till mer aktiv forskning och praktisk tillämpning av sådana strukturer. En annan stor upptäckt var att det toroidala svaret med metagitter kan stimuleras av vilken som helst polarisationsvåg. Detta kommer att hjälpa till att utöka tillämpningsområdet för metagitterbaserade material och enheter.

"Vi utvecklade inte ett icke-strålande material, men vi lade den grund som behövs för dess skapande. Våra resultat är också lämpliga för en mängd andra tillämpningar. Principen för den toroidala dipolkontrollen som demonstreras i vår forskning kan tjäna till att skapa sensorer, styra ljus och överföra eller lagra information, "säger Andrey Miroshnichenko, professor vid University of New South Wales i Australien.