Een internationaal team van natuurkundigen heeft voor het eerst bewijs geleverd van deeltjes die in staat zijn om licht in een laterale richting te verstrooien door voorwaartse en achterwaartse verstrooiing te onderdrukken. De onderzoekers bestudeerden de fysica achter dit fenomeen en bevestigden hun theoretische resultaten met een experiment in het microgolfspectrumbereik, bewijzen dat roosters of meta-oppervlakken gemaakt van deze materialen volledig onzichtbaar kunnen zijn. Deze resultaten kunnen worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder lichtrouting, binair gecodeerde hologrammen, en sensoren. De studie is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Studies naar lichtverstrooiing in volledig diëlektrische fotonica verwijzen vaak naar het zogenaamde Kerker-effect dat optreedt wanneer een object licht alleen in voorwaartse richting verstrooit. In tegenstelling tot, de verstrooiing van licht in achterwaartse richting wordt het anti-Kerker-effect genoemd. Door gebruik te maken van deze verschijnselen, wetenschappers kunnen ongebruikelijke manieren van lichtregeling op nanoschaal bereiken.

Een internationaal onderzoeksteam heeft Voor de eerste keer, aangetoond dat deze twee effecten gelijktijdig kunnen optreden, wat resulteert in alleen laterale lichtverstrooiing. Natuurkundigen beschreven wiskundig de omstandigheden die dit effect veroorzaakten en onderzochten in detail de fysica erachter. Hun theoretische werk werd bevestigd door experimenten in het microgolfbereik. Bovendien, geordende structuren - meta-oppervlakken - werden ook overwogen. Door het ongewone gedrag van de deeltjes, dergelijke roosters kunnen niet-triviale onzichtbaarheid bieden:verdwijnende verstoring van invallende en uitgezonden velden vergezeld van sterke veldversterking in de deeltjes. Tegelijkertijd, de fase van de uitgezonden golf blijft ongewijzigd alsof er helemaal geen obstakel is. Dit specifieke effect kan worden gebruikt, bijv. voor het voelen, een verscheidenheid aan niet-lineaire taken, en hologrammen.

"Voor de eerste keer, we hebben de fysieke effecten van Kerker en anti-Kerker gecombineerd om een ​​nieuw niveau van lichtbeheersing te bereiken - het bereiken van alleen laterale verstrooiing, bijna zonder voorwaartse of achterwaartse verstrooiing. En het probleem zat niet alleen in de juiste vergelijkingen, maar vooral in de fysieke mechanismen achter het fenomeen. Daarom, er was geen informatie over de noodzakelijke parameters van het object met zo'n unieke optische handtekening. En we zijn erin geslaagd om deze resultaten op hoog niveau te leveren dankzij een brede internationale samenwerking, " zegt Alexander Shalin, hoofd van het International Laboratory Nano-Optomechanicas van ITMO University.

Volgens de auteurs, de studie begon ongeveer een jaar geleden. De eerste theoretische schattingen en voorspellingen werden uitgebreid besproken met Yuri Kivshar, een professor van de Australian National University en ITMO University, en Andrey Evlyukhin, een onderzoeker van het Hannover Laser Centrum, Duitsland. De tweede fase van het theoretische gedeelte, inclusief numerieke berekeningen, werd uitgevoerd met collega's van de Ben-Gurion University, Israël. De experimenten werden uitgevoerd aan de ITMO University. Door dit gezamenlijke werk en het hoge niveau van fysiek inzicht in het probleem kon het team een ​​voorsprong nemen op een team in China dat aan een soortgelijk probleem werkte vanuit het oogpunt van numerieke optimalisatie.

"Bij het werken aan dit project, Ik heb verschillende uitdagingen overwonnen dankzij het overleg van mijn supervisor Dr. Alexander Shalin en onze buitenlandse medewerkers. Het heeft me geholpen geweldige leer- en vertrouwensvaardigheden op te bouwen, en ik hoop effectief bij te dragen aan de ontwikkeling van mijn vakgebied. Optica is tegenwoordig geïntegreerd in veel disciplines zoals informatica, biologie en scheikunde. En ITMO University biedt een unieke omgeving voor wetenschappelijk onderzoek, omdat het veel wetenschappers van hoog niveau verenigt. De faculteit ondersteunt ons met moderne apparatuur en uitgebreide wetenschappelijke samenwerking met internationale onderzoekscentra. Dit alles maakt onze mogelijkheden grenzeloos", zegt Hadi K. Shamkhi, een doctoraat student aan de Faculteit Natuurkunde en Engineering van de ITMO University.