Ett internationellt team av fysiker har tagit fram första bevis på partiklar som kan sprida ljus i sidled genom att undertrycka spridning framåt och bakåt. Forskarna studerade fysiken bakom detta fenomen och bekräftade sina teoretiska resultat med ett experiment i mikrovågsspektralområdet, bevisar att galler eller metasytor av dessa material kan vara helt osynliga. Dessa resultat kan användas i en mängd olika applikationer, inklusive ljusdirigering, binärkodade hologram, och sensorer. Studien publicerades i Fysiska granskningsbrev .

Studier av ljusspridning i all-dielektrisk fotonik hänvisar ofta till den så kallade Kerker-effekten som uppstår när ett objekt sprider ljus endast i riktning framåt. I kontrast, spridningen av ljus i bakåtriktningen kallas anti-Kerker-effekten. Med hjälp av dessa fenomen, forskare kan uppnå ovanliga sätt för ljuskontroll på nanoskala.

Ett internationellt forskargrupp har, för första gången, visat att dessa två effekter kan inträffa samtidigt, vilket resulterar i enbart ljusspridning i sidled. Fysiker beskrev matematiskt de förhållanden som orsakade denna effekt och undersökte i detalj fysiken bakom den. Deras teoretiska arbete bekräftades genom experiment inom mikrovågsutbudet. Dessutom, ordnade strukturer - metasytor - övervägdes också. På grund av partiklarnas ovanliga beteende, sådana gitter kan ge icke-trivial osynlighet:försvinnande störning av incident och överförda fält åtföljs av stark fältförbättring inuti partiklarna. På samma gång, fasen för den överförda vågen förblir oförändrad som om det inte alls är något hinder. Denna speciella effekt kan användas, t.ex., för att känna, en mängd icke-linjära uppgifter, och hologram.

"För första gången, Vi har kombinerat Kerker och anti-Kerker fysiska effekter för att nå en ny nivå av ljuskontroll-uppnå spridning endast i sidled nästan utan spridning framåt eller bakåt. Och problemet var inte bara i lämpliga ekvationer utan mestadels i de fysiska mekanismerna bakom fenomenet. Därför, det fanns ingen information om de nödvändiga parametrarna för objektet med en sådan unik optisk signatur. Och vi lyckades tillhandahålla dessa resultat på hög nivå tack vare brett internationellt samarbete, säger Alexander Shalin, chef för International Laboratory Nano-Optomechanics vid ITMO University.

Enligt författarna, studien började för ungefär ett år sedan. De första teoretiska uppskattningarna och förutsägelserna diskuterades ingående med Yuri Kivshar, professor vid Australian National University och ITMO University, och Andrey Evlyukhin, en forskare från Hannover Laser Centrum, Tyskland. Den andra etappen av den teoretiska delen inklusive numeriska beräkningar utfördes med kollegor från Ben-Gurion University, Israel. Experimenten utfördes vid ITMO University. Detta gemensamma arbete och höga fysiska insikt i problemet gjorde att laget kunde komma ut framför ett team i Kina som arbetade med ett liknande problem från numerisk optimering.

"I arbetet med detta projekt, Jag övervann flera utmaningar tack vare samråden med min handledare Dr. Alexander Shalin och våra utomeuropeiska samarbetspartners. Det hjälpte mig att bygga bra inlärnings- och självförtroende, och jag hoppas kunna bidra effektivt till utvecklingen av mitt område. Optik är numera integrerad i många discipliner som datavetenskap, biologi och kemi. Och ITMO University erbjuder en unik miljö för vetenskaplig forskning eftersom det förenar många forskare på hög nivå. Fakulteten stöder oss med modern utrustning och omfattande vetenskapligt samarbete med internationella forskningscentra. Allt detta gör vår kapacitet obegränsad "kommenterar Hadi K. Shamkhi, en doktorsexamen student vid fakulteten för fysik och teknik vid ITMO University.