Физики из Гомельского Государственного Университета и Университета Аалто (Финляндия) впервые создали материал, способный полностью поглощать излучение одной длины волны широкого диапазона, но не отбрасывающий тени в остальном диапазоне. Разработка относится к классу метаматериалов — объектов, оптические свойства которых зависят от формы, а не от химического состава. Работа опубликована в журнале Physical Review X, кратко с ним можно ознакомиться в Physics.

Внешний вид материалов. Изображение: Viktar Asadchy et al. / Phys. Rev. X, 2015

Материал, разработанный авторами, состоит из хром-никелевых спиралей, укрепленных в полимерной пластине. Оси спиралей расположены в плоскости этой пластины. Два изготовленных физиками прототипа отличаются количеством витков металлических проволочек — в одном случае только один виток, в другом два. Спирали расположены периодически, чередуя при этом направление закручивания по и против часовой стрелки.

Строение материала. Характерные размеры: D1=56 миллиметров, D2=43 миллиметра. Изображение: Viktar Asadchy et al. / Phys. Rev. X, 2015

Когда через пластину пропускают электромагнитное излучение с длиной волны 1 дециметр (3 гигагерца), то наблюдается практически полное его поглощение. При этом, в ультрашироком интервале длин волн от 3 метров до 3 сантиметров коэффициент отражения не отличим от нуля.

Поглощение материалами с различным количеством витков в спиралях: один виток — (a), два витка — (b), спектр поглощения в широком диапазоне (снизу). Синим обозначена интенсивность пропускания, черным — поглощения, красным — отражения. Изображение: Viktar Asadchy et al. / Phys. Rev. X, 2015

Ключевой особенностью метаматериала является способность его спиралей легко электрически и магнитно поляризоваться. Именно это обеспечивает необходимое взаимодействие с электромагнитным излучением. Интересно отметить, что пластина способна выполнять свою функцию и в условиях падения излучения только с одной (любой) из сторон, и в условиях одновременного падения излучения с двух сторон.

Прототип, разработанный авторами, работает пока только в микроволновом диапазоне. Однако, то, как он устроен позволяет создать аналогичное устройство, работающее и в видимом спектре, пропорционально уменьшив элементы установки. Тем самым удастся создать идеальный фильтр для оптического излучения.

Ученые используют метаматериалы как средства для контроля электромагнитного излучения. Взаимодействуя с ним, они могут изменять его интенсивность, направление и даже форму импульсов. Материалы, предназначенные для избирательного поглощения отдельных длин волн излучения, как правило обладают негативной особенностью — они отражают излучение, лежащее вне поглощаемого диапазона и оставляют позади себя тень. Одновременно с этим, во многих задачах оптики необходимо, чтобы устройство, взаимодействующее с излучением, не меняло его вне рабочего диапазона.