Loading...

Впервые показан эффект бокового рассеяния света частицами
Bukharin et al. / Scientific Reports, 2022.

Российские физики впервые экспериментально продемонстрировали эффект бокового рассеяния света керамическими частицами. Такое явление может быть использовано в фотонных устройствах. В исследовании, поддержанном грантом Российского научного фонда и опубликованном в журнале Scientific Reports, участвовали ученые из «МИСиС», Объединенного института высоких температур РАН, СПбГУ, Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения, Института теоретической и прикладной электродинамики РАН и МГУ им. М. В. Ломоносова, а также коллеги из Университета Восточной Финляндии (Финляндия).

В настоящее время широко развивается сфера фотонных устройств, в которых для передачи и обработки информации используются оптические сигналы. Преимуществом таких девайсов являются высокая скорость процессов и большая емкость хранения информации. Для передачи световых импульсов могут использоваться материалы на основе кремния, но наибольшее распространение получили керамические частицы. Они обладают магнитными и электрическими дипольными моментами, то есть несут на себе два противоположных заряда, которые находятся на определенном расстоянии друг от друга. Эти дипольные моменты взаимодействуют между собой, поэтому частицы по-особенному рассеивают свет  либо вперед, либо назад. Это явление называется эффектом Керкера, под которым понимается подавление обратного рассеивания. Особенности светорассеяния изучаются физиками, потому что для фотоники важно добиться направленного рассеяния света.

Российские физики облучали сферические керамические частицы микроволнами. Керамику они выбрали из-за ее чрезвычайно высокой диэлектрической проницаемости, что позволяет использовать интенсивные магнитные резонансы в рассеянии. В качестве альтернативных материалов для такого рассеяния исследователи предлагают использовать кремний (Si) или его диоксид (SiO2). Также ученые считают, что в оптической области спектра сфероидные частицы можно будет заменить цилиндрическими, то есть модифицировать не материал, а форму. Это позволит улучшить качество эксперимента, поскольку сфера не способна давать полный спектр рассеяния в отличие, например, от частицы в форме эллипсоида.

В результате этого они впервые показали эффект бокового рассеяния, диаграмма которого по форме похожа на гантель. Особенность этого эффекта состоит в том, что прямое и обратное рассеивание пренебрежимо малы. При этом природа явления отличается от эффекта Керкера, который обусловлен взаимодействием диполей электрического и магнитных компонентов света. Это явление ученые объясняют интерференцией (перекрыванием) электрического диполя и магнитного квадруполя  совокупности двух диполей. Полученные эмпирические результаты хорошо согласуются с расчетами.

Ученые отметили, что в оптической области света для регулирования светорассеяния можно будет менять форму частиц, а не их материал. Так, вместо сферических частиц можно использовать цилиндрические или эллипсоидные.

«Управление рассеянием микроскопических частиц и наночастиц представляет важную задачу, связанную с разработкой современных оптических устройств. Например, можно создавать невидимость и суперпрозрачность оптических материалов, конструировать новые типы нанолазеров, генерировать магнитные поля, сопоставимые с полями в нейтронных звездах, делать линзы, позволяющие увидеть вирусы в школьном микроскопе, и многое другое»,  прокомментировал Борис Лукьянчук, доктор физико-математических наук, профессор кафедры нанофотоники физического факультета МГУ имени Ломоносова.


Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.