Учени от Ланкастърския университет и японската лаборатория NTT Basic Research за първи път демонстрираха отрицателно пречупване на светлината с помощта на подредени атомни решетки.
Отрицателното пречупване е необичайно явление, при което светлината се огъва в направление противоположно на очакваното. Дълго време изследователите се опитваха да постигнат този ефект с помощта на изкуствено създадени метаматериали, но се сблъскваха с трудности при създаването им (несъвършенство) и загуба на енергия.
Новият подход, разработен от международната група учени, е базиран на използването на атомни решетки – подредени масиви от атоми, удържани в определени положения с помощта на стоящи светлинни вълни. Изследователите са провели детайлно моделиране на разпространението на светлината през такива атомни структури.
Ключов момент е откриването на колективен отклик на атомите на светлинното въздействие. За разлика от обикновените материали, където атомите взаимодействат със светлината независимо един от друг, в атомните решетки възниква съгласувано поведение. Това води до появата на нови оптични свойства, в това число отрицателно пречупване.
“В такива случаи атомите взаимодействат помежду си чрез светлинното поле, реагирайки колективно, а не независимо. Това означава, че откликът на един атом вече не дава проста представа за поведението на целия ансамбъл”, – обясняват изследователите.
Използването на атомни решетки има редица преимущества пред изкуствените метаматериали. Атомните системи представляват чиста среда без дефекти. Светлината взаимодейства с атомите по контролируем и точен начин, без загуби от поглъщане, което обикновено преобразува светлината в топлина.
“Точното разположение на атомните кристали позволява на изследователите да контролират взаимодействието между атомите и светлината с непозната досега точност, откривайки път към нови технологии, базирани на отрицателното пречупване”, – казват от NTT.
Откритието може да направи революция в оптиката – създаване на суперлещи, способни да фокусират и формират изображение извън пределите на дифракционния предел, както и в разработката на устройства, правещи обектите невидими.