Российские и австралийские ученые выяснили, как можно произвольным образом менять оптические свойства различных наночастиц, заставляя их иначе взаимодействовать со светом.

Это ускорит создание световых компьютеров и систем обработки информации, говорится в статье, опубликованной в журнале Laser and Photonics Reviews .

«Представьте, что у вас есть механизм, который вы можете настроить на разные режимы работы при помощи разных шестеренок. Мультиполь – это примерно такая же шестеренка для частицы. Из-за нехватки информации об этих шестеренках, управлять работой частиц раньше было невозможно. Наши результаты решают эту проблему и обеспечивают значительно больше возможностей для подстройки оптических свойств частиц», – объясняет Александр Шалин из Университета ИТМО.

Свет и другие типы электромагнитных волн переносят информацию гораздо эффективнее и быстрее, чем электрические сигналы, благодаря чему большая часть современных систем связи основана на оптоволокне и различных лазерных излучателях. Ученые давно пытаются заменить транзисторы и металлические дорожки внутри чипов их световыми аналогами, однако пока это не удается сделать по одной простой причине – движением света очень сложно управлять.

Подобную задачу могут решить наночастицы, способные поглощать один тип частиц света и излучать другие виды световых волн. За последние годы физики создали сотни подобных излучателей, очень эффективно конвертирующих один тип фотонов в другой.

Все они обладают одним общим недостатком – их свойства задаются при изготовлении частицы и их фактически нельзя изменить. Это мешает использованию подобных наночастиц в качестве наноантенн и других компонентов световых компьютеров будущего, а также ячеек памяти, информацию в которых можно многократно перезаписывать.

Ученые из Университета ИТМО и их коллеги из России, Германии и Австралии уже много лет работают над решением этой задачей, разрабатывая диэлектрические наночастицы, оптическими свойствами которых можно управлять, облучая их сверхкороткими импульсами лазерного излучения или воздействуя на них иными путями.

В последние годы, как отмечают Шалин и его коллеги, физики-экспериментаторы накопили много новых данных по поведению наночастиц подобного типа, которые не совсем укладывались или плохо объяснялись общепринятыми теориями.

Российские ученые и их зарубежные коллеги попытались обобщить все эти разночтения и найти им объяснения, проанализировав все эти результаты опытов и сформулировав свою собственную теорию, описывающую то, как свет взаимодействует с подобными наноструктурами. Для этого ученые представили электрические и магнитные поля, возникающие на поверхности частиц, в виде набора особых «бубликов».

Как обнаружили физики, эти процессы оказались заметно сложнее, чем предполагали теоретики и экспериментаторы раньше. К примеру, в некоторых случаях, взаимодействия между токами, которые возникают в частице после ее облучения светом, переводят ее в особое неизлучающее состояние.

Шалин и его коллеги надеются, что их расчеты помогут всему научному сообществу лучше понять то, как работают электромагнитные процессы в наночастицах, и научиться подстраивать их для работы в качестве компонентов различных сложных фотонных устройств.