Физики придумали, как "запереть" свет внутри прозрачного материала

Хотя в материале отсутствует поглощение, свет его не покидает.
Иллюстрация МФТИ.

Читайте нас в Telegram

Коллектив учёных из России, Швеции и США теоретически предсказал очень необычное оптическое явление – виртуальное поглощение. Физики предложили способ на время "запереть" свет внутри прозрачного материала. Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Optica.

Любое вещество поглощает свет. Правда, не все делают это одинаково охотно. Уголь, например, поглощает почти весь падающий на него свет. Поэтому нашим глазам он и кажется чёрным. Прозрачное стекло тоже имеет некоторый, как говорят специалисты, коэффициент поглощения, но очень маленький. Львиная доля энергии света проходит через стеклянную пластину в сохранности.

Энергия поглощённого света обычно идёт на нагревание материала. В этом смысле поглощение света необратимо: кусок, скажем, металла, поглотивший упавший на него свет, нельзя заставить "отдать" этот свет обратно, если только сам этот металл не нагреть до свечения.

Однако Денис Баранов, Алекс Краснок (Alex Krasnok) и Андреа Алью (Andrea Alu) сделали, казалось бы, невозможное. Они теоретически описали способ временно "запереть" свет внутри прозрачного материала, а потом выпустить его обратно. Открытый "на кончике пера" эффект авторы назвали виртуальным поглощением.

Учёные в своей работе рассматривают тонкий слой прозрачного диэлектрика, в котором практически полностью отсутствует поглощение. Постоянный поток света будет проходить сквозь него без потерь. Но, как показали расчёты физиков, всё будет совсем не так, если заставить интенсивность падающего света меняться по экспоненте.

В этом случае вся энергия излучения будет накапливаться внутри прозрачного материала, не покидая его. В пресс-релизе исследования поясняется, что это происходит из-за нарушения унитарности матрицы рассеяния, хотя вряд ли такая фраза может сказать что-нибудь неспециалистам.

Пока энергия будет нарастать по экспоненте, кусок прозрачного материала для стороннего наблюдателя будет выглядеть абсолютно чёрным, идеальным поглотителем! Но, как только это нарастание прекратится, вся запасённая энергия покинет вещество.

"Теоретические результаты, полученные в этой работе, оказались очень контринтуитивными. Думаю, что никто из авторов до начала исследования не мог предположить, что с помощью прозрачной системы можно провернуть такой "фокус", – комментирует открытие аспирант МФТИ Денис Баранов. – Но сама математика подсказала нам дорогу к этому эффекту, и неизвестно, какие ещё необычные явления скрываются за ширмой простой электродинамики".

Достижение теоретиков может иметь и вполне практические применения. Ведь на кончике пера фактически родился элемент памяти для света, который может быть использован в электронике будущего.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали об остановке света на целую минуту и закручивании его в спирали.

Сегодня