Wetenschappers van de Lomonosov Moscow State University, samen met hun Russische en buitenlandse collega's, hebben de eerste directe metingen bereikt van gigantische elektromagnetische velden die ontstaan ​​in diëlektrische deeltjes met een hoge brekingsindex bij de verstrooiing van elektromagnetische golven. De onderzoekers hebben hun projectresultaten gepresenteerd in Wetenschappelijke rapporten .

Miniaturisering van basiselementen in de elektronica vraagt ​​om nieuwe benaderingen. Het is dus erg belangrijk geworden om intensieve elektromagnetische velden te creëren, geconcentreerd in een zo klein mogelijk volume. Wetenschappers van de Lomonosov Moscow State University voerden in samenwerking met een internationaal team de eerste directe metingen uit van een gigantisch resonantieveld dat werd opgewekt in een subgolflengte diëlektrisch deeltje bij de verstrooiing van een vlakke elektromagnetische golf en leverden de volledige kwantitatief theoretische verklaring van het waargenomen effect.

Natuurkundige Michael Tribelsky, de hoofdauteur, zegt, "In theorie, dit effect is bekend. In dit geval, het verstrooiende deeltje werkt als een trechter, het verzamelen van invallende straling uit een groot gebied en het concentreren in een klein volume in het deeltje. Echter, er zijn veel moeilijkheden op de weg naar praktische realisatie. Metalen nanodeeltjes waren de eerste kandidaten voor dergelijke 'veldconcentratoren'. Helaas, ze hebben de verwachtingen bedrogen. Het punt is dat metalen hoge dissipatieve verliezen hebben in het meest interessante toepassingsgebied van zichtbare lichtfrequenties van de invallende golven. De dissipatie leidt tot aanzienlijke energieverliezen, verspild voor vruchteloze (en vaak schadelijke) verwarming van het nanodeeltje, en vermindert de resonantieversterking van het elektromagnetische veld. In zo'n geval, het zou natuurlijk zijn om naar diëlektrische deeltjes te gaan. Helaas, het is niet zo eenvoudig om ermee om te gaan."

Als een deeltje geen hoge brekingsindex heeft, de resonantie-effecten zijn zwak. Wat betreft de deeltjes met een hoge index, waarvan de grootte kleiner is dan de golflengte van de invallende straling, de algemene overtuiging was dat het elektromagnetische veld nauwelijks in zo'n deeltje doordrong. Echter, het blijkt dat bij sommige frequenties van de invallende straling, het geval is precies het tegenovergestelde. Namelijk, het veld dringt niet alleen door in het deeltje, maar de hoge concentratie kan worden waargenomen. In zekere zin, het effect is analoog aan de boog van een schommel als gevolg van zwakke maar goed getimede duwen.

"Ons belangrijkste resultaat is dat, voor zover wij weten, wij zijn de eersten die het directe experimentele bewijs van het effect hebben verkregen en de profielen van de aangeslagen velden meten, ', zegt Michaël Tribelsky.

De moeilijkheden van de overeenkomstige metingen bij optische frequenties houden verband met de noodzaak om velden binnen een nanodeeltje te meten, en de ruimtelijke resolutie van de metingen moet in de orde van nanometers zijn. De onderzoekers modelleerden de verstrooiing van licht door een nanodeeltje door middel van de identieke verstrooiing van radiogolven door een deeltje ter grootte van een centimeter. Om een ​​sonde in het deeltje te kunnen bewegen, vloeibaar diëlektricum (gebruikelijk gedestilleerd water dat op een bepaalde vaste temperatuur wordt gehouden) gegoten in een transparant voor de invallende radiogolfcontainer is gebruikt.

De prestatie ligt aan de grens van moderne studies over optica met subgolflengte (namelijk optica die zich bezighoudt met objecten waarvan de schalen kleiner zijn dan de golflengte van de invallende straling). Deze verschijnselen hebben onder meer toepassingen in de geneeskunde (diagnose en behandeling van ziekten, inclusief kanker; gerichte medicijnafgifte en andere), biologie (verschillende sensoren en markers), telecommunicatie (nanoantennes) en systemen voor het vastleggen en opslaan van informatie en andere sferen. Het zou ook kunnen worden gebruikt voor de creatie van revolutionaire nieuwe optische computers waarin informatie niet wordt overgedragen door elektrische pulsen maar door lichtpakketten.

De wetenschapper zegt, “In een breed perspectief ons project kan de aanzet geven tot de creatie van een nieuw landschap voor ontwerp en fabricage van superminiatuur nanodevices en metamaterialen, namelijk materialen die op een speciale manier kunstmatig zijn gevormd en gestructureerd om ongebruikelijke elektromagnetische eigenschappen te bezitten."