Физики вывернули свет наизнанку

Ученые создали особые метаповерхности, вдоль которых свет распространяется только в определенных направлениях. Помимо этого, волновой фронт такого света оказывается выгнут в другую сторону относительно обычной ситуации. Исследование опубликовано в журнале Science.

Обычные среды распространения света, такие как вакуум, воздух, стекло или вода, являются с высокой степенью точности однородными и изотропными во всех направлениях. В таких условиях свет от точечного источника распространяется в виде концентрических колец (или сфер, если среда трехмерна). В этом смысле движение электромагнитной волны напоминает колебания воды на поверхности озера, в которое бросили камень.

В новой работе физики сделали особую метаповерхность с гиперболическими свойствами для электромагнитного излучения инфракрасного диапазона. При движении вдоль нее свет как будто бы движется в пространстве с большой отрицательной кривизной. Из-за этого от точечного источника волны распространяются только по определенным направлениям, а волновой фронт оказывается «вывернут» — по отношению к источнику он является выпуклым, а не вогнутым. Это было подтверждено прямым наблюдением.

Добиться такого поведения излучения удалось благодаря специальной форме поверхности из нитрида бора — плоского вещества, по многим свойствам похожего на графен. Подобное явление было теоретически предсказано несколько лет назад, но реализовать необходимую решетчатую поверхность с зазорами размером всего 25 нанометров удалось только сейчас. Авторы надеются, что с помощью такой технологии будет возможно создавать и другие метаматериалы, работающие для других длин волн. Это позволит создавать миниатюрные оптические приборы для обработки сигналов или детектирования химических веществ.