Ученые из Ланкастерского университета и японской лаборатории NTT Basic Research впервые продемонстрировали возможность достижения отрицательного преломления света с помощью упорядоченных атомных сеток. Это открытие может революционизировать оптику, приблизив создание суперлинз и устройств невидимости.
Необычное явление отрицательного преломления характеризуется изгибом света в направлении, противоположном обычному. В течение долгого времени учёные стремились воспроизвести этот эффект при помощи искусственно созданных метаматериалов, однако сталкивались с трудностями несовершенства изготовления и потерей энергии.
Международная группа исследователей под руководством профессора Янне Руостекоски разработала новый подход, основанный на использовании атомных решёток – упорядоченных массивов атомов, удерживаемых в определённых положениях стоячими световыми волнами. Учёные провели детальное моделирование распространения света через такие атомные структуры.
Открытие коллективного ответа атомов на свет стало ключевым моментом. В отличие от обычных материалов, где атомы взаимодействуют со светом по отдельности, в атомных решётках проявляется согласованное поведение. Это открывает новые оптические свойства, например, отрицательное преломление, недостижимые при изучении отдельных атомов.
Профессор Руостекоски объяснил: в подобных ситуациях атомы взаимодействуют друг с другом через световое поле, проявляя коллективное поведение вместо индивидуального. По его словам, реакция одного атома не отражает полного поведения всего сообщества.
Применение атомных решеток обладает рядом преимуществ по сравнению с искусственными метаматериалами. Атомные системы представляют собой чистую среду без производственных дефектов. Свет взаимодействует с атомами контролируемым и точным образом, не испытывая потерь на поглощение, которые обычно превращают свет в тепло.
Доктор Льюис Рукс из лаборатории NTT заметил: «Точно расположенные атомные кристаллы дают исследователям возможность управлять взаимодействием между атомами и светом с необычайной точностью, открывая дорогу новым технологиям, основанным на отрицательном преломлении».
Открытие может быть использовано для создания «идеальных» линз, способных фокусировать и формировать изображения за пределами дифракционного предела, а также для разработки устройств невидимости, делающих объекты невидимыми. Эти возможности, раньше считавшиеся научной фантастикой, теперь приближаются к реальности.