研究人員發現了具有獨特的側向光散射特性的新型納米顆粒

上圖所示為實驗設置方案及結果。圖片來源：俄羅斯聖彼得堡國立信息技術機械與光學大學。

一個國際物理學家團隊首次證明了粒子能夠通過抑制前向和後向散射來橫向散射光。研究人員研究了這一現象背後的物理現象，並通過微波光譜範圍內的實驗證實了他們的理論結果，證明由這些材料製成的晶格或超表面可以完全隱形。這些結果可用於各種應用，包括光路由、二進位編碼全息圖和感測器。這項研究發表在《物理評論快報Physical Review Letters》上。

對所有電介質光子學中光散射的研究通常涉及到所謂的克爾效應，這種效應發生在物體僅向前散射光時。相反，光在反方向上的散射被稱為反克爾效應。利用這些現象，科學家可以在納米尺度上實現不同尋常的光控制方式。

一個國際研究小組第一次證明，這兩種效應可以同時發生，從而產生僅橫向光散射。物理學家用數學描述了產生這種效應的條件，並詳細研究了其背後的物理現象。在微波範圍內的實驗證實了它們的理論工作。此外，還考慮了有序結構超曲面。由於粒子的異常行為，這種晶格可以提供非平凡的隱身性：入射場和透射場的消失擾動伴隨著粒子內部的強場增強。同時，發射波的相位保持不變，好像根本沒有障礙物。這種特殊效果可用於感測、各種非線性任務和全息圖。

「我們首次將Kerker和Anti-Kerker物理效應結合起來，達到了一個新的光控制水平，幾乎實現了無前向或後向散射的僅橫向散射。問題不僅存在於適當的方程中，而且主要存在於現象背後的物理機制中。因此，沒有關於具有這種獨特光學特徵的物體的必要參數的信息。由於廣泛的國際合作，我們成功地提供了這些高水平的結果，」機械與光學大學國際實驗室納米光機項目組主任Alexander Shalin說。

據作者說，這項研究大約一年前開始。第一個理論估計和預測與澳大利亞國立大學和機械與光學大學教授Yuri Kivshar和德國漢諾威激光中心的研究員Andrey Evlyukhin進行了廣泛討論。理論部分的第二階段包括與以色列本古里安大學的同事進行了數值計算。實驗在伊特莫大學進行。這種聯合工作和對這個問題的高水平的物理洞察使這個團隊能夠領先於中國的一個團隊，這個團隊正從數值優化的角度研究類似的問題。

「在這個項目的工作中，我克服了一些挑戰，這要歸功於我的主管Alexander Shalin博士和我們的海外合作者的磋商。它幫助我建立了良好的學習和自信技能，我希望能有效地為我的領域的發展作出貢獻。如今，光學被整合到許多學科中，如計算機科學、生物學和化學。機械與光學大學彙集了大量高層次的科學家，為科學研究提供了一個獨特的環境。教師們為我們提供現代化的設備，並與國際研究中心進行廣泛的科學合作。」伊特摩大學物理與工程學院的博士生哈迪·K·沙姆奇評論道：「所有這些都使我們的能力無限。」

來源：https://phys.org/news/2019-06-nanoparticles-exclusively-lateral.html

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