Дослідники виробили вимірювання "забутої" складової світла
Вчені-фізики з інституту FOM institute AMOLF, Амстердам, який є однією з науково-дослідних лабораторій Фонду Фундаментальних досліджень матерії (Foundation for Fundamental Research on Matter, FOM), справили виміру, в яких одночасно були визначені значення електричної і магнітної складових хвиль світла. Такі вимірювання дозволять вченим глибше вникнути в природу світла і краще зрозуміти незвичайну поведінку світла в середовищі наноструктурованих складних матеріалів, метаматеріалів, з яких в даний час інші вчені намагаються зробити плащі-невидимки різних типів.
Світло, як і будь-яка інша електромагнітна хвиля, є комбінацією електричних і магнітних полів, вагаються з великою частотою, близько 300 трильйонів разів в секунду. За останні 20 років вимірювання параметрів електричної складової світла значно просунули наше розуміння природи світла і особливостей його поведінки, що призвело до створення метаматеріалів, які мають унікальні оптичні властивості. Використовуючи такі матеріали з негативним коефіцієнтом заломлення світла, вчені створюють сверкачественные лінзи, які дають найвищу роздільну здатність, і поверхні, плащі-невидимки, які змушують світ огинати приховувані об'єкти, роблячи їх невидимими.
Всі вищеописані ефекти в середовищі метаматеріалів проявляються в результаті взаємодії з матеріалом обох складових частин світла, електричного та магнітного. Тому подальше просування вперед у цій області просто неможливо без урахування особливостей магнітної складової світла, якій вчені до останнього часу просто нехтували.
Для того, щоб провести одночасні вимірювання параметрів обох складових частин світу, вчені AMOLF взяли маленьку голку, яку було вбудовано оптичне волокно, діаметром всього в 200 нанометрів, і це волокно було покрито тонким шаром алюмінію. Використовуючи таку голку можна відвести крихітну частину потоку світла до датчика, а переміщаючи таку голку в просторі можна скласти картину розподілу світлового потоку в цілому.
Протягом тривалого часу вчені припускали, що за допомогою такої голки можна було провести вимірювання тільки однієї, електричної складової світла. Так вважало переважна більшість вчених, але існувала і менш численна група вчених, які передбачали зовсім інше, те, що така голка дозволяє зареєструвати тільки магнітну складову світла. Для вирішення цього давнього спору група вчених з AMOLF зміряла розподіл світла вище спеціального фотонного кристала.
Фотонний кристал являє собою оптичну пастку, зроблену в кремнієвої підкладці товщиною 220 нанометрів. На всій поверхні фотонної пастки знаходиться велика кількість крихітних поглиблень і отворів, розташованих у спеціальному порядку. Така особливість структури дає фотонним кристалам незвичайні оптичні властивості. Магнітна та електрична складові світла взаємодіють з матеріалом кристала по-різному, що дозволяє створити з таких кристалів фільтри, що розділяють світ на дві складові частини. І за допомогою вищезгаданого "игольного" датчика вчені зняли картину розподілу двох складових світла в просторі над фотонним кристалом, картину, яка дозволила розділити і провести вимірювання складових світла окремо один від одного.
Проведені вченими вимірювання дають іншим вченим можливість глибше розібратися в процесах взаємодії світла з матерією, причому відбуваються як на звичайному, так і на нанорівні. Це повинно дозволити в недалекому майбутньому розробити матеріали нового покоління, на основі яких можна буде виготовляти унікальні оптичні пристрої, які не піддаються деяким фізичним обмеженням, наприклад, оптичні мікроскопи, здатні розглянути об'єкти, розмір яких істотно менше довжини хвилі світла, та інші пристрої, які безсумнівно принесуть людям безліч нових знань.