Международная группа учёных впервые показала возможность простой реализации так называемого отрицательного преломления света, когда свет при переходе через границу разделения сред вопреки всем законам оптики преломляется в иную сторону. Это не чудо. Явление было теоретически обосновано около 60 лет назад. Но для его реализации использовались метаматериалы, что сложно и работает не до конца. Учёные доказали, что всё может быть намного проще.
Источник изображения: Lancaster University
Как известно, свет — фотоны — взаимодействуют с веществом в основном посредством электрической составляющей, а не магнитной. Фотоны определённой длины волны поглощаются электронами в атомах, электроны переходят на новый энергетический уровень и затем уже возбуждённые испускают фотоны, возвращаясь в прежнее состояние, а фотоны летят дальше в направлении, предписанном им природой.
Коллектив учёных из британского Университета Ланкастера (Lancaster University) и японской NTT Basic Research Laboratories атом за атомом создал такое состояние кристаллической структуры, в которой за взаимодействие с фотонами отвечал коллектив атомов, а не каждый отдельный из них, как в природе. В связь со светом вступала фактически чистая кристаллическая решётка — некий материал, а не метаматериал — конструкт, подверженный дефектам и эффектам поглощения излучения с переводом его в тепло и сопутствующими потерями. Очевидно, новый метод со всех сторон выигрышный, хотя его реализация не так проста, как представляется на первый взгляд.
По сути, речь идёт о создании атомных матриц. Они создаются под строгим контролем и управлением, обеспечивая всегда один и тот же результат. В поставленном опыте исследователи выстраивали атомы в условную периодическую кристаллическую решётку, захватывая их в ловушки стоячей волной светового излучения. Учёные описали это как «коробку из-под яиц», сделанную из света.
Профессор Янне Руостекоски (Janne Ruostekoski) из Университета Ланкастера 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 поведению всего ансамбля. Вместо этого коллективные взаимодействия приводят к появлению новых оптических свойств, таких как отрицательное преломление [света], которые невозможно предсказать, исследуя отдельные атомы индивидуально».
Привлекательность отрицательного преломления света заключается в его потенциально революционных применениях, таких как создание совершенных линз или суперлинз, способных фокусировать и получать изображения за пределами дифракционного предела, включая полупроводниковую литографию с разрешением менее нанометра, или разработка маскирующих устройств, которые делают объекты невидимыми.
