Основой для этого открытия послужила фундаментальная работа Виталия Гинзбурга и Ильи Франка середины XX столетия. Их теория безукоризненно описывала излучение, возникающее при пересечении частицей границы двух сред, но с одной важной оговоркой: она работала лишь для материалов с локальным электромагнитным откликом. Томские ученые вышли за эти рамки, смоделировав поведение релятивистского электрона внутри структуры со значительной пространственной дисперсией. Расчеты показали парадоксальный результат: заряженная частица начинает испускать фотоны строго по вектору своего движения, вперед.
Долгое время считалось аксиомой, что при пролете вдоль оси симметрии подобной анизотропной среды генерация излучения в переднюю полусферу невозможна. Разгадка кроется в уникальной геометрии метаматериала. Его основу составляют искусственно созданные периодические решетки из закрученных металлических спиралей. Именно их киральность порождает сильную пространственную дисперсию. Физики установили, что движущийся электрон возбуждает в этой структуре гибридные электромагнитные возбуждения – плазмоны. Те, в свою очередь, распространяются вдоль проводящих винтов, формируя своеобразный энергетический канал или «фотонный мост», который беспрепятственно доставляет энергию частицы в область впереди нее и конвертирует ее в световые кванты.
Это открытие переводит работу с метаматериалами из плоскости пассивного наблюдения в режим целенаправленного инженерного конструирования. По сути, исследователи получили теоретический чертеж для создания источников когерентного излучения с абсолютно программируемыми параметрами: частотой, направленностью, интенсивностью. Такие управляемые эмиттеры представляют колоссальный интерес для крупных исследовательских комплексов класса мегасайенс, где требуются прецизионные инструменты для работы с элементарными частицами. Следующим шагом станет постановка натурного эксперимента для верификации компьютерного прогноза и поиска методов управления этим необычным эффектом.
