Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая доказали возможность генерации магнитного поля в диэлектриках с низким показателем преломления. К ним относятся стекло, вода, простые пластмассы и другие материалы. Чтобы «получить» магнитное поле, исследователи «применили» эффект резонанса Фано высокого порядка.

Ранее он применялся только для диэлектриков со средним и высоким показателем преломления. Данное открытие может быть важным для создания новых методик неразрушающего контроля и исследования свойств веществ в интенсивных магнитных полях.

Результаты научной работы опубликованы в журнале JETP Letters (Q2; IF:1,53).

Распространенные диэлектрические материалы при воздействии оптического излучения не имеют магнитного отклика. Спровоцировать его можно, подсветив частицы определенного размера лазером. При воздействии света на полюсах частиц формируются магнитные поля. Для того чтобы «получить» большие электромагнитные поля, обычно увеличивают показатель преломления. Актуальный вопрос, стоящий перед мировой наукой: можно ли генерировать магнитные поля в диэлектриках без увеличения показателя преломления.

Ученые ТПУ и их коллеги из Технологического института Хуайинь впервые продемонстрировали эффект суперрезонанса в диэлектрической сфере с низким показателем преломления. Ранее возможность реализации резонансов Фано высокого порядка рассматривалась только для сфер с высоким или средним показателем преломления материала.

Распределение интенсивности магнитного поля в капле воды в условиях суперрезонанса. Линейная (а) и логарифмическая (б) шкала

«Использование резонансов Фано высокого порядка в диэлектрических мезоразмерных сферах недавно было признано многообещающей стратегией для повышения эффективности генерации сверхсильных магнитных и электрических полей и достижения новых функциональных возможностей. Резонанс Фано — тип резонанса, возникающий в результате интерференции двух волновых процессов. Природа этих процессов может быть различной. Эффект суперрезонанса приводит к специфическим оптическим явлениям. В частности, формированию оптических вихрей внутри частицы и субволновой локализации гигантских магнитных и электрических полей», — комментирует руководитель проекта, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Олег Минин.

Для выяснения границ существования данного эффекта для частиц с низким показателем преломления ученые использовали частицу воды, чей коэффициент преломления равен 1.33. К ней был применен известный по ранее выполненным работам подход для возбуждения Фано резонансов в частицах с высоким и средним показателем преломления.

«Расчеты проводились с использованием теории рассеяния Ми. Она позволяет определить структуру полей внутри и вблизи поверхности сферической частицы. Исследование показало, что на полюсах капли возникает локальное экстремальное усиление магнитного и электрического полей. Это доказывает, что рассеяние света мезоразмерной диэлектрической сферой с низким показателем преломления позволяет реализовать эффект резонанса Фано высокого порядка, обнаруженные ранее для сфер с высоким и средним показателем преломления», — отмечает профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин.

Рассмотренные эффекты и возможность генерировать магнитные поля в диэлектриках без увеличения показателя преломления открывают новые возможности для диэлектрической фотоники следующего поколения и мезотроники.

Исследование проводилось в рамках программы развития Томского политехнического университета и Программы естественно-научных исследований Хуайань.