Коллектив авторов из МФТИ, Канзасского университета и Лаборатории морских исследований США в статье, опубликованной журналом Physical Review B, продемонстрировал возможность полного поглощения электромагнитного излучения с помощью анизотропного кристалла. Эти наблюдения имеют фундаментальное значение для электродинамики и дают в руки исследователей абсолютно новый способ поглощения энергии электромагнитных волн.

Эффективное поглощение световых и радиоволн требуется во многих приложениях. Оно позволяет, например, повысить производительность солнечных батарей или сделать самолёт невидимым для радаров.

Общеизвестный пример электромагнитного поглотителя это чёрная краска. Как правило, она все же отражает несколько процентов энергии падающего света. Для того чтобы заставить материал полностью поглощать свет, его наносят на отражающую поверхность или покрывают антирефлективной плёнкой. Если параметры такого покрытия (толщина и коэффициент преломления) подобраны правильно, волны, отражённые от поверхности материала и плёнки, полностью уничтожают друг друга. Это явление носит название деструктивной или ослабляющей интерференции.

В своей статье, исследователи из России и США показали, что деструктивная интерференция не является необходимым условием для идеального поглощения. В качестве экспериментальной поглощающей системы они использовали анизотропный кристалл гексагонального нитрида бора (h-BN), относящийся к уникальному классу кристаллов Ван-дер-Ваальса. Такие структуры состоят из атомных слоёв, скрепляемых вместе силами Ван-дер-Ваальса, которые действуют между электрически нейтральными атомами и молекулами, обладающими дипольным моментом.

Диэлектрическая проницаемость такого кристалла для среднего ИК-диапазона (длина волны примерно 10 мкм) сильно различается в направлениях параллельно и перпендикулярно решётке и описывается не одной величиной, а тензором — матрицей значений. В конкретном случае h-BN сильная анизотропия диэлектрической проницаемости позволяет инфракрасному излучению с определённой длиной волны беспрепятственно проникать в кристалл и полностью поглощаться там. Отражения просто не происходит без каких либо дополнительных антирефлективных покрытий или подложек.

В лаборатории ученые измерили спектр отражённого от кристалла сигнала в среднем ИК-диапазоне. Для предсказанных аналитическими методами длин волн и углов падения они наблюдали резкое, на четыре порядка, снижение отражательной способности образца. Другими словами, он поглощал 99,99% падающей энергии.

Предложенный метод пока способен обеспечить идеальное поглощение только для фиксированных комбинаций длины волны и угла падения, но в будущем авторы надеются преодолеть это ограничение, возможно, путём применения альтернативных материалов с сильной анизотропией.