Ученые экспериментально подтвердили замечательное явление сверхрассеяния Керкера. Этот эффект позволяет свету рассеиваться строго в одном направлении благодаря сложному взаимодействию электрических и магнитных свойств внутри микроскопического резонатора. Классическая оптическая теория устанавливает строгий предел для рассеяния, известный как одноканальный лимит.
Преодоление световых границ
Чтобы выйти за этот предел, исследователи использовали новаторский подход. Специальная метаповерхность, интегрированная в диэлектрический резонатор субволнового размера, была тщательно настроена благодаря применению генетического алгоритма. Этот алгоритм оптимизировал параметры системы на основе разработанных физиками точных аналитических условий.
Аналитика и успех от МФТИ
Исследователи Московского физико-технического института создали основополагающие математические условия для реализации сверхрассеяния. Их подход опирается на идею электрических и магнитных супердиполей – дипольных моментов, чья мощность превышает обычные одноканальные ограничения. Синхронная работа этих диполей привела к феномену: эффективное сечение рассеяния увеличилось почти в четыре раза! Отношение прямого рассеяния к обратному достигло впечатляющего значения 35, что стало ярким подтверждением уникальной однонаправленности эффекта Керкера.
Слово главного исследователя
«Наша команда реализовала первый в мире сверхмультипольный эффект Керкера, где оба типа диполей эффективно превосходят пределы одноканального рассеяния. Результат – значительное усиление эффективности. Наша частица способна перехватывать световую энергию с площади, многократно превышающей ее габариты, и избирательно рассеивать ее строго вперед благодаря эффекту Керкера», — подчеркнул Александр Шалин, главный научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур МФТИ.
Экспериментальная проверка и перспективы
Практические эксперименты с резонатором на медной основе подтвердили работоспособность концепции. Метаповерхность позволила увеличить эффективность рассеяния в два с половиной раза. Наблюдаемый минимальный сдвиг частоты рассеяния легко объясняется нюансами свойств материалов. Интересно, что сигнал сверхрассеяния Керкера демонстрировал повышенную стабильность и уменьшенную ширину линии даже после выключения источника излучения.
Будущее инновационной технологии
Предложенная разработка открывает захватывающие возможности для инженерии: создание высокоэффективных направленных антенн, оптических наноантенн нового поколения и передовых металинз Гюйгенса. Значение технологии простирается дальше оптики – принципы можно адаптировать для управления акустическими волнами и другими волновыми процессами. Текущие планы ученых включают воспроизведение эффекта на упрощенных оптических структурах и создание базовых элементов для интегральных оптических схем. Исследование поддержано Российским научным фондом.
