Ученые продемонстрировали поглощение света прозрачным материалом

30.11.2017

Команда физиков из США, России и Швеции продемонстрировала необычный оптический эффект: им удалось практически поглотить свет, используя визуально прозрачный материал, который не обладает светопоглощающей способностью. Опубликованные в журнале «Optica» результаты исследований открывают новые горизонты для развития световых элементов памяти.

Иллюстрация: МФТИ

Поглощение электромагнитного излучения, в т. ч. света, является одним из основных эффектов электромагнетизма. Этот процесс имеет место, когда электромагнитная энергия преобразуется в тепло или другой вид энергии в поглощающем материале (например, при электронном возбуждении). Углерод, черная краска и углеродные нанотрубки (также известные как «самый черный материал» Vantablack) – выглядят черными, потому что они почти полностью поглощают энергию падающего света. Другие материалы, такие как стекло или кварц, не обладают поглощающими свойствами и поэтому выглядят прозрачными.

В своих теоретических исследованиях физикам удалось развеять эту простую и интуитивную концепцию, сделав полностью прозрачный материал совершенно абсорбирующим свет. Чтобы достичь этого, физики использовали особые математические свойства матрицы рассеивания. Когда световой пучок проходит по прозрачному объекту, свет не поглощается, а рассеивается материалом, что объясняется унитарным свойством матрицы рассеивания. Однако, если интенсивность падающего пучка изменяется со временем определенным образом, унитарное свойство может быть нарушено в течение некоторого времени. В частности, если интенсивность роста становится существенной, вся энергия поступающего света будет накапливаться в прозрачном материале, не покидая его. Однако энергия, запертая в слое, высвобождается, когда экспоненциальный рост амплитуды световой волны останавливается.

— Наши теоретические выводы выглядели довольно противоречивыми. До тех пор, пока мы не начали наше исследование, мы даже не могли себе представить, что можно было бы провернуть такой трюк с прозрачной структурой, однако именно математика привела нас к этому. Кто знает, электродинамика вполне может укрывать еще много увлекательных явлений. — говорит Денис Баранов, докторант МФТИ и один из авторов исследования.

Исследование не только углубляет общее понимание природы света, но также имеет широкий спектр практических применений. Например, свет, накапливаемый в прозрачном материале, может помочь создать оптические запоминающие устройства, которые могут хранить оптическую информацию без каких-либо потерь и выпускать ее, когда это необходимо.

Источник: Scientists 'Virtually' Absorb Light Using Transparent Material