|
Нащупали путь к созданию настоящей мантии-невидимки
|
|
|
|
Впервые ученые продемонстрировали, что отрицательное преломление может быть достигнуто с помощью атомных матриц - без необходимости в искусственно изготовленных метаматериалах. Ученые давно стремились управлять светом способами, которые, по-видимому, противоречат законам природы.
|
|
|
|
Отрицательное преломление - явление, при котором свет отклоняется в направлении, противоположном его обычному движению, - привлекло внимание исследователей своим потенциалом революционизировать оптику, создав новые технологии, такие как суперлинзы и маскирующие устройства.
|
|
|
|
Теперь тщательно подобранные массивы атомов приблизили эти возможности еще на шаг, достигнув отрицательного преломления без необходимости в искусственно изготовленных метаматериалах.
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном в Nature Communications, профессор физики Ланкастерского университета Янне Руостекоски и доктор Кайл Баллантайн совместно с доктором Льюисом Руксом из лаборатории фундаментальных исследований NTT в Японии продемонстрировали новый способ управления взаимодействиями между атомами и светом.
|
|
|
|
Природные материалы взаимодействуют со светом посредством атомных переходов, при которых электроны перемещаются между различными энергетическими уровнями. Однако этот процесс взаимодействия имеет существенные ограничения. Например, свет в основном взаимодействует с компонентом своего электрического поля, оставляя в основном неиспользуемым компонент магнитного поля.
|
|
|
|
|
|
|
Эти врожденные ограничения оптических свойств природных материалов привели к разработке искусственно созданных метаматериалов, основанных на явлении отрицательного преломления.
|
|
|
|
Преломление возникает, когда свет меняет направление при прохождении, например, из воздуха в воду или стекло. Однако отрицательное преломление - это противоречащий здравому смыслу эффект, при котором свет в среде изгибается в направлении, противоположном тому, которое обычно наблюдается в природе, что бросает вызов традиционному пониманию того, как свет ведет себя в материалах.
|
|
|
|
Привлекательность отрицательной рефракции заключается в ее новаторских потенциальных применениях, таких как создание совершенных линз, способных фокусировать изображение за пределами дифракционного предела, или разработка маскирующих устройств, которые делают объекты невидимыми.
|
|
|
|
Несмотря на то, что в метаматериалах было достигнуто отрицательное преломление, практическое применение на оптических частотах по-прежнему затруднено из-за недостатков изготовления и безызлучательных потерь, которые по-прежнему серьезно ограничивают возможности применения.
|
|
|
|
Новый подход, предложенный Ланкастером и командой NTT, заключается в проведении детального, атом за атомом, моделирования распространения света через атомные решетки.
|
|
|
|
Их работа демонстрирует, что совместная реакция атомов может привести к отрицательному преломлению, полностью устраняя необходимость в метаматериалах.
|
|
|
|
Профессор Янне Руостекоски из Ланкастерского университета сказал: “В таких случаях атомы взаимодействуют друг с другом через световое поле, реагируя коллективно, а не независимо. Это означает, что реакция отдельного атома больше не является простым руководством к действию для всего ансамбля. Вместо этого коллективные взаимодействия приводят к появлению новых оптических свойств, таких как отрицательное преломление, которые невозможно предсказать, исследуя отдельные атомы изолированно”.
|
|
|
|
Эти эффекты становятся возможными благодаря захвату атомов периодическими оптическими решетками. Оптические решетки похожи на "картонные коробки для яиц", сделанные из света, где атомы удерживаются на месте с помощью стоячих световых волн.
|
|
|
|
Доктор Льюис Рукс из NTT сказал: “Эти точно расположенные атомарные кристаллы позволяют исследователям управлять взаимодействиями между атомами и светом с необычайной точностью, прокладывая путь к новым технологиям, основанным на отрицательном преломлении”.
|
|
|
|
Совместное поведение атомов в оптических решетках дает несколько ключевых преимуществ. В отличие от искусственно изготовленных метаматериалов, атомарные системы обеспечивают первозданную, чистую среду, свободную от дефектов изготовления. В таких системах свет взаимодействует с атомами контролируемым и точным образом, без потерь на поглощение, которые обычно преобразуют свет в тепло.
|
|
|
|
Эти уникальные свойства делают атомарные среды многообещающей альтернативой метаматериалам для практического применения отрицательного преломления.
|
|
|
|
Источник
|
