Благодаря правильной форме ученые получили наночастицы, размеры которых в электромагнитном смысле оказались больше геометрических. За такими частицами можно «прятать» объекты от излучения. Они также могут помочь в разработке биосенсоров, солнечных батарей и оптических квантовых компьютеров. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Размер наночастиц составляет примерно от 1 до 100 нанометров во всех трех измерениях. Они обладают развитой удельной поверхностью и при облучении ведут себя не так, как крупные объекты. «Когда излучение лазера падает на наночастицу, она рассеивает электромагнитную энергию в виде набора четко определенных сферических волн — мультиполей. Каждый мультиполь — это канал рассеяния, по которому утекает часть рассеянной энергии. В научном сообществе широко было признано, что каждый такой канал не может нести мощность больше определенного предела», — рассказывает Адриа Канос Валеро, научный сотрудник ИТМО. В науке, изучающей, как свет взаимодействует с наночастицами, эту величину называли теоретическим пределом рассеяния света наночастиц. Группа ученых попыталась получить максимально возможное рассеяние от кластеров наночастиц, нарушить «предел» и добиться сверхрассеяния.
При рассеивании образуется несколько электромагнитных волн. Они взаимодействуют с наночастицами, при этом формируются резонансные колебания. Эти колебания, в свою очередь, могут интерферировать, то есть накладываться друг на друга. При сложении «в противофазе», когда сдвиг сигнала происходит в противоположном направлении, волны подавляют друг друга. Когда сдвиг происходит в одном направлении, «в фазе», — усиливают. В большинстве случаев резонансы подавляются. Оказалось, что предел рассеяния хорошо определен только для идеальных случаев, когда свет рассеивается на сферической частице или на бесконечно длинном нанопроводе.
Ученые поняли, что необходимо исследовать наночастицы определенной формы. Они разработали модель и рассчитали форму частиц, при которых можно получить наибольшее рассеяние. Авторы изготовили керамические частицы с высоким индексом преломления и провели испытания методом микроволновой спектроскопии. В результате они получили наночастицы, размеры которых в электромагнитном смысле оказались больше геометрических.
Результаты исследования могут помочь в создании биологических сенсоров, материалов для солнечных батарей, а также элементов оптических и квантовых компьютеров. «Одно из потенциальных практических применений, которое хорошо иллюстрирует обнаруженный эффект, — это создание некоторого щита от электромагнитных сил и излучения. На картинке видно, что свет частицу огибает, а тень получается значительно больше самой частицы. Получается, что за ней можно "спрятать" что-то крупнее, чем сама частица», — утверждают авторы.
Автор: Дарья Моисеенкова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
