I fisici sono riusciti a creare una struttura sperimentale con una forte risposta dipolo toroidale del campo elettromagnetico su un'ampia gamma di frequenze. Questa risposta è associata a una configurazione speciale delle correnti elettromagnetiche che causano un'elevata concentrazione del campo. Uno speciale reticolo metallico dielettrico è stato creato per produrre e misurare la risposta. I risultati possono essere utilizzati per creare materiali non disperdenti, nonché per controllare i campi elettromagnetici. La ricerca è stata pubblicata su Materiali ottici avanzati .

Non è possibile creare sensori accurati o dispositivi di archiviazione ed elaborazione dati senza controllare le proprietà del campo elettromagnetico come la concentrazione di energia, direzione delle oscillazioni, o polarizzazione delle onde. Regolare l'interazione delle risposte di dipolo associate a diverse configurazioni di corrente nel campo ci dà l'opportunità di cambiare le caratteristiche elettromagnetiche di un oggetto fino al punto di renderlo invisibile. Ciò può essere ottenuto creando una struttura che combini due tipi di dipolo:elettrico convenzionale, e dipolo toroidale più complesso.

Fino ad ora, i dipoli toroidali osservati sperimentalmente dagli scienziati erano o molto deboli o esistevano solo in una gamma di frequenze estremamente ristretta, che ha creato complicazioni per l'uso pratico. Inoltre, le strutture sperimentali erano basate su metalli, che ha portato a grandi perdite di energia. Gli scienziati dell'Università ITMO insieme ai loro colleghi dall'Iran e dall'Australia sono riusciti a superare queste difficoltà. Sono stati i primi a sviluppare un meta-reticolo costituito da materiale dielettrico con una risposta dipolo toroidale dominante su un'ampia gamma di frequenze.

"Abbiamo creato una struttura periodica che abbiamo poi testato in una serie di esperimenti per assicurarci che il dipolo toroidale fosse abbastanza forte. Quando si studia lo spettro e la distribuzione del campo elettromagnetico, abbiamo registrato alcune caratteristiche tipiche del dipolo toroidale:il campo era molto concentrato e aveva una forte componente longitudinale, il che significa che la direzione delle oscillazioni del campo elettromagnetico coincide con la sua direzione di propagazione. Questo può essere utile per creare sensori molecolari o produrre effetti non lineari in ottica, " spiega Andrey Sayansky, dottorato di ricerca studente presso la Facoltà di Fisica e Tecnologia dell'Università ITMO.

Per creare il meta-reticolo, gli scienziati hanno usato fosfuri di indio e gallio. L'indice di rifrazione di questi materiali dielettrici è inferiore all'indice di quelli normali come il germanio o l'arseniuro di gallio. Però, i risultati hanno mostrato che i dielettrici "medi" più convenienti possono essere utilizzati anche per evitare perdite di energia. Gli scienziati sperano che ciò contribuirà alla ricerca più attiva e all'applicazione pratica di tali strutture. Un'altra scoperta importante è stata che la risposta toroidale del meta-reticolo può essere eccitata da qualsiasi onda di polarizzazione. Ciò contribuirà ad ampliare l'ambito di applicazione dei materiali e dei dispositivi a base di meta-reticolo.

"Non abbiamo sviluppato un materiale non radiante, ma abbiamo posto le basi necessarie per la sua creazione. I nostri risultati sono adatti anche per una varietà di altre applicazioni. Il principio del controllo del dipolo toroidale dimostrato nella nostra ricerca può servire a creare sensori, controllare la luce e trasmettere o memorizzare informazioni, "dice Andrey Miroshnichenko, professore all'Università del New South Wales in Australia.