Un team internazionale di fisici ha prodotto le prime prove di particelle in grado di diffondere la luce in una direzione laterale sopprimendo la diffusione in avanti e all'indietro. I ricercatori hanno studiato la fisica alla base di questo fenomeno e hanno confermato i loro risultati teorici con un esperimento nella gamma spettrale delle microonde, dimostrando che reticoli o metasuperfici realizzate con questi materiali possono essere completamente invisibili. Questi risultati possono essere utilizzati in una varietà di applicazioni tra cui light routing, ologrammi in codice binario, e sensori. Lo studio è stato pubblicato su Lettere di revisione fisica .

Gli studi sulla diffusione della luce nella fotonica completamente dielettrica si riferiscono spesso al cosiddetto effetto Kerker che si verifica quando un oggetto diffonde la luce solo in avanti. In contrasto, la dispersione della luce nella direzione all'indietro è chiamata effetto anti-Kerker. Utilizzando questi fenomeni, gli scienziati possono ottenere modi insoliti di controllo della luce su scala nanometrica.

Un team di ricerca internazionale ha, per la prima volta, mostrato che questi due effetti possono verificarsi contemporaneamente con conseguente diffusione della luce solo laterale. I fisici hanno descritto matematicamente le condizioni che causano questo effetto e hanno studiato in dettaglio la fisica dietro di esso. Il loro lavoro teorico è stato confermato da esperimenti nel campo delle microonde. Inoltre, sono state considerate anche strutture ordinate, metasuperfici. A causa del comportamento insolito delle particelle, tali reticoli possono fornire un'invisibilità non banale:disturbi evanescenti dei campi incidenti e trasmessi accompagnati da un forte aumento del campo all'interno delle particelle. Allo stesso tempo, la fase dell'onda trasmessa rimane invariata come se non ci fosse alcun ostacolo. Questo particolare effetto può essere utilizzato, per esempio., per il rilevamento, una varietà di compiti non lineari, e ologrammi.

"Per la prima volta, abbiamo combinato gli effetti fisici Kerker e anti-Kerker per raggiungere un nuovo livello di controllo della luce, ottenendo una diffusione solo laterale quasi senza diffusione in avanti o all'indietro. E il problema non era solo nelle equazioni appropriate, ma soprattutto nei meccanismi fisici alla base del fenomeno. Perciò, non c'erano informazioni sui parametri necessari dell'oggetto con tale firma ottica univoca. E siamo riusciti a fornire questi risultati di alto livello grazie ad un'ampia collaborazione internazionale, "dice Alexander Shalin, capo del Laboratorio Internazionale Nano-Optomeccanica dell'Università ITMO.

Secondo gli autori, lo studio è iniziato circa un anno fa. Le prime stime e previsioni teoriche sono state ampiamente discusse con Yuri Kivshar, un professore dell'Australian National University e dell'Università ITMO, e Andrey Evlyukhin, un ricercatore dell'Hannover Laser Centrum, Germania. La seconda fase della parte teorica, comprensiva di calcoli numerici, è stata svolta con i colleghi della Ben-Gurion University, Israele. Gli esperimenti sono stati condotti presso l'Università ITMO. Questo lavoro congiunto e l'alto livello di conoscenza fisica del problema hanno permesso al team di superare un team in Cina che stava lavorando a un problema simile dal punto di ottimizzazione numerica.

"Nel lavorare a questo progetto, Ho superato diverse sfide grazie alle consultazioni del mio supervisore Dr. Alexander Shalin e dei nostri collaboratori all'estero. Mi ha aiutato a sviluppare grandi capacità di apprendimento e fiducia, e spero di contribuire efficacemente allo sviluppo del mio campo. L'ottica oggi è integrata in molte discipline come l'informatica, biologia e chimica. E l'Università ITMO offre un ambiente unico per la ricerca scientifica poiché unisce molti scienziati di alto livello. La facoltà ci supporta con attrezzature moderne e vasta collaborazione scientifica con centri di ricerca internazionali. Tutto questo rende le nostre capacità illimitate" commenta Hadi K. Shamkhi, un dottorato di ricerca studente presso la Facoltà di Fisica e Ingegneria dell'Università ITMO.