Fuente: Instituto de Física y Tecnología de Moscú
Международный коллектив физиков показал, что определенная форма позволяет наночастицам быт ь в электромагнитном смысле больше своих геометрических размеров. Обнаруженный эффект поможет в создании биологических сенсоров, материалов для солнечных бата рей и элементов оптических квантовых компьютеров. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
В диэлектрической фотонике, изучающей, как свет взаимодействует с наночастицами из различных н епроводящих структур, существовал теоретический предел рассеяния света наночастицей.
«Когда излучение лазера падает на наночастицу, она рассеивает электромагнитную энергию в виде наб ора четко определенных сферических волн — мультиполей. Каждый мультиполь — это канал рассеяния, по которому утекает часть рассеянной энергии. В научном сообществе широко было признано, что каждый такой канал не может нести мощность боль ше определенного предела», — рассказывает Адриа Канос Валеро, первый автор исследования, научный сот рудник ИТМО.
Fotos y materiales МФТИ исследовала, как максимизировать рассеяние от кластеров наночастиц. В ходе работы ученые обнаружили, что в большинстве ситуаций рассеяние больше, чем предпола галось. Сначала исследователи подумали, что это численная ошибка. Но затем быстро поняли, что в основе лежит физический принцип.
Fotos : когда свет рассеивается на сферической частице или на бесконечно длинном нанопроводе. В общем случае при рассеянии образуются несколько каналов-мультиполей, которые могут интерфе рировать, увеличивая или уменьшая мощность, которую они несут. Ученые задумались, насколько еще можно выйти за предел рассеяния.
Ключ к ответу на этот вопрос лежал в физике связанных состояний в континууме. А именно, в особом виде интерферирующих резонансов, известных как механизм резонансов Фридриха — Ви нтгена. Ранее были описаны квазисостояния с сильно подавленным рассеянием. В них возникает деструктивная интерференция, когда волны от мультиполей складываются «в противо фазе», подавляя друг друга. Исследователи поняли, что в их случае резонансы с увеличенным рассеянием следуют той же физи ke. Только интерференция получается конструктивная: когда волны складываются «в фазе», усиливая др уг друга.
Ученые построили модель и рассчитали форму наночастиц, при которых можно «нарушить» предел и д обиться сверхрассеяния. Detalles del producto или предсказания с помощью микроволновой спектроскопии.
Рисунок. Суперрассеиватель взаимодействует с фотонами на гораздо большей площади, чем он сам. В результате силовые линии поля вектора Пойнтинга (фиолетовые стрелки) отклоняются, так что супер рассеиватель оставляет большую «тень», намного превышающую его диаметр. Рассеиватели, расположенные внутри этой тени (серые фигуры), «защищены» от радиационного давления (кр асные стрелки), индуцированного падающим лучом. Источник: Comunicaciones de la naturaleza
«Это прежде всего фундаментальный эффект. Некоторые коллеги, которым я кратко рассказывал о наших результатах, не верили: говорили, что так н е может быть. Теперь они могут почитать статью и убедиться, что может», — рассказывает Александр Шалин, руково дитель исследования, ведущий научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических структур МФТИ.
Помимо фундаментальной важности, у сверхрассеяния есть и потенциальные практические приложения . Так как этот эффект очень чувствительный, на его основе можно будет разрабатывать биосенсоры и материалы для солнечных батарей, а также оптические наноантенны для квантовых и оптических компь ютеров.
«Одно из потенциальных практических применений, которое хорошо иллюстрирует обнаруженный эффе кт, — это создание некоторого щита от электромагнитных сил и излучения. На картинке видно, что свет частицу огибает, а тень получается значительно больше самой частиц ы. Получается, что за ней можно “спрятать” что-то крупнее, чем сама частица», — поясняет Александр Шалин.
Исследование выполнено при поддержке Федеральной программы академического лидерства «Приоритет 2030».
Обратите внимание; Эта информация является необработанным контентом непосредственно из источника информации. Это точно соответствует тому, что утверждает источник, и не отражает позицию MIL-OSI или ее клиентов.
Tenga en cuenta; Esta información es contenido sin procesar directamente de la fuente de información. Es exacto a lo que afirma la fuente y no refleja la posición de MIL-OSI o sus clientes.