Ученые-физики из института FOM institute AMOLF, Амстердам, который является одной из научно-исследовательских лабораторий Фонда Фундаментальных исследований материи (Foundation for Fundamental Research on Matter, FOM), произвели измерения, в которых одновременно были определены значения электрической и магнитной составляющих волн света. Такие измерения позволят ученым глубже вникнуть в природу света и лучше понять необычное поведение света в среде наноструктурированных сложных материалов, метаматериалов, из которых в настоящее время другие ученые пытаются сделать плащи-невидимки различных типов.

Свет, как и любая другая электромагнитная волна, является комбинацией электрических и магнитных полей, колеблющихся с большой частотой, порядка 300 триллионов раз в секунду. За последние 20 лет измерения параметров электрической составляющей света значительно продвинули наше понимание природы света и особенностей его поведения, что привело к созданию метаматериалов, имеющих уникальные оптические свойства.

Используя такие материалы с отрицательным коэффициентом преломления света, ученые создают сверхкачественные линзы, дающие высочайшую разрешающую способность, и поверхности, плащи-невидимки, которые заставляют свет огибать скрываемые объекты, делая их невидимыми.

Рис. 1.

Все вышеописанные эффекты в среде метаматериалов проявляются в результате взаимодействия с материалом обоих составляющих частей света, электрической и магнитной. Поэтому дальнейшее продвижение вперед в этой области попросту невозможно без учета особенностей магнитной составляющей света, которой ученые до последнего времени просто пренебрегали.

Для того, чтобы произвести одновременные измерения параметров обоих составных частей света, ученые AMOLF взяли крошечную иглу, в которую было встроено оптическое волокно, диаметром всего в 200 нанометров, и это волокно было покрыто тонким слоем алюминия. Используя такую иглу можно отвести крошечную часть потока света к датчику, а перемещая такую иглу в пространстве можно составить картину распределения светового потока в целом.

В течение длительного времени ученые предполагали, что

с помощью такой иглы можно было произвести измерения только одной, электрической составляющей света. Так считало подавляющее большинство ученых, но существовала и менее многочисленная группа ученых, которые предполагали совершенно обратное, то, что такая игла позволяет зарегистрировать только магнитную составляющую света.

Для решения этого давнего спора группа ученых из AMOLF измерила распределение света выше специального фотонного кристалла.

Рис. 2.

Фотонный кристалл представляет собой оптическую ловушку, сделанную в кремниевой подложке толщиной 220 нанометров. На всей поверхности фотонной ловушки находится большое количество крошечных углублений и отверстий, упорядоченных в специальном порядке. Такая особенность структуры дает фотонным кристаллам необычные оптические свойства. Магнитная и электрическая составляющие света взаимодействуют с материалом кристалла по-разному, что позволяет создать из таких кристаллов фильтры, разделяющие свет на две составных части. И при помощи вышеупомянутого «игольного» датчика ученые сняли картину распределения двух составляющих света в пространстве над фотонным кристаллом, картину, которая позволила разделить и произвести измерения составляющих света по отдельности друг от друга.

Проведенные учеными измерения дают другим ученым возможность глубже разобраться в процессах взаимодействия света с материей, причем происходящих как на обычном, так и на наноуровне. Это должно позволить в недалеком будущем разработать материалы нового поколения, на основе которых можно будет изготавливать уникальные оптические устройства, которые не подвержены некоторым физическим ограничениям, к примеру, оптические микроскопы, способные разглядеть объекты, величина которых существенно меньше длины волны света, и другие устройства, которые несомненно принесут людям множество новых знаний.