科學家在寬頻率範圍內記錄了強環形偶極子響應

上圖所示為具有強環面偶極子響應的實驗結構。圖片來源：聖彼得堡國立信息技術機械與光學大學

物理學家已經成功地創建了一個新型的實驗結構，能夠在寬的頻率範圍內記錄具有強的環形偶極子響應的電磁場。該響應與引起高濃度場的電磁電流的特殊配置相關聯。創建一個特殊的介電金屬晶格，以產生和測量響應。結果可用於創建非散射材料，以及控制電磁場。這項研究發表在《高級光學材料Advanced Optical Materials》雜誌上。

如果不控制電磁場性質，如能量濃度、振蕩方向或波的極化，那麼不太可能產生精確的感測器或數據存儲和處理設備。調節與場中不同電流配置相關聯的偶極子響應的相互作用，使我們有機會改變物體的電磁特性，甚至使其變得不可見。這可以通過創建一種結合兩個偶極子類型的結構來實現：傳統的電偶極子，更複雜的環形偶極子。

迄今為止，科學家們觀察到的環形偶極子要麼非常微弱，要麼僅存在於極窄的頻率範圍內，這為實際應用帶來了困難。此外，實驗結構是基於金屬，從而導致大的能量損失。來自機械與光學大學的科學家以及來自伊朗和澳大利亞的研究人員設法克服了這些困難。他們是第一個發展了一個元晶格組成的介電材料，能夠讓環面偶極子響應再很寬的頻率範圍實現工作。

「我們創建了一個周期性結構，然後在一系列實驗中測試，以確保環形偶極子足夠強。在研究電磁場的頻譜和分布時，我們記錄了典型的環形偶極子的一些特徵：電場高度集中，具有較強的縱向分量，這意味著電磁場振蕩的方向與其傳播方向一致。這對於創建分子感測器或在光學中產生非線性效應是有用的，」機械與光學大學物理與技術學院的博士生Andrey Sayansky解釋說。

為了創建元晶格，科學家們使用銦和鎵磷化物。這些電介質材料的折射率低於鍺或砷化鎵等常規材料的折射率。然而，結果表明，更實惠的「介質」電介質也可以用來避免能量損失。科學家們希望這將有助於更積極的研究和實際應用的這種結構。另一個主要發現是元晶格環形響應可以被任何極化波激發。這將有助於擴大基於元晶格的材料和器件的應用範圍。

「我們還沒有開發出一種非輻射材料，但我們為它的產生奠定了基礎。我們的研究結果也適用於各種其他應用。在我們的研究中展示的環形偶極子控制原理可以用來創建感測器、控制光和傳輸或存儲信息，」澳大利亞新南威爾士大學教授Andrey Miroshnichenko說。

來源：https://phys.org/news/2018-08-scientists-register-strong-toroidal-dipole.html

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