Исследователи-физики из Университета Бата открывают новый физический эффект, связанный с взаимодействием света и искривленных материалов — эффект, который, вероятно, будет иметь значение для появляющихся новых нанотехнологий в коммуникациях, наноробототехнике и ультратонких оптических компонентах.
Международная группа ученых во главе с исследователями из физического факультета Университета Бата нашла способ получить запрещенные цвета, что равносильно открытию нового физического эффекта. Чтобы добиться этого результата, они «изогнули» свое экспериментальное оборудование.
Идея о том, что закручивание наночастиц или молекул может быть обнаружено через ровные гармоники света, была впервые сформулирована более 42 лет назад молодым аспирантом Дэвидом Эндрюсом. Дэвид считал свою теорию слишком маловероятной, чтобы ее можно было проверить экспериментально, но два года назад ученые продемонстрировали это явление. Теперь они обнаружили, что скручивание наночастиц можно наблюдать и в нечетных гармониках света.
Но чтобы понять основную суть происходящего нужно понять, о каких невозможных цветах и гармониках идет речь. Проще всего это будет сделать, проведя аналогию с музыкальными инструментами.
В 17-18 веках итальянский мастер Антонио Страдивари создавал музыкальные инструменты легендарного качества, и наиболее известными из них являются его (так называемые) скрипки Страдивари. Что делает звук этих музыкальных инструментов красивым и уникальным, так это их особый тембр, также известный как цвет тона или качество тона. У всех инструментов есть тембр — когда воспроизводится музыкальная нота (звук с частотой fs), инструмент создает гармоники (частоты, которые являются целым числом, кратным начальной частоте, т.е. 2fs, 3fs, 4fs, 5fs, 6fs и т. д.).
Точно так же, когда свет определенного цвета (с частотой fc) освещает материалы, эти материалы могут создавать гармоники (световые частоты 2fc, 3fc, 4fc, 5fc, 6fc и т. д.). Гармоники света раскрывают сложные свойства материалов, которые находят применение в медицинской визуализации, коммуникациях и лазерных технологиях.
Например, практически каждая зеленая лазерная указка на самом деле является инфракрасной лазерной указкой, свет которой невидим для человеческого глаза. Зеленый свет, который мы видим, на самом деле является второй гармоникой (2fc) инфракрасной лазерной указки, и он создается специальным кристаллом внутри указателя.
Как в музыкальных инструментах, так и в блестящих материалах некоторые частоты "запрещены", то есть их нельзя услышать или увидеть, потому что инструмент или материал активно их подавляют. Поскольку кларнет имеет прямую цилиндрическую форму, он подавляет все четные гармоники (2fs, 4fs, 6fs и т. д.) И воспроизводит только нечетные гармоники (3fs, 5fs, 7fs и т. Д.). Напротив, саксофон имеет коническую и изогнутую форму, которая допускает все гармоники и приводит к более богатому и плавному звучанию. Точно так же, когда определенный тип света (с круговой поляризацией) падает на металлические наночастицы, диспергированные в жидкости, нечетные гармоники света не могут распространяться вдоль направления движения света, и соответствующие цвета запрещены.
Блвгодаря проведенному опыту удалось нарушить эти правила, получив от материала цвета, которые запрещены его изначальной структурой. Это анаолично тому, как если бы обычная флейта начала звучать как саксофон.
С практической точки зрения полученные результаты предлагают простой и удобный экспериментальный метод для достижения беспрецедентного понимания взаимодействия света и искривленных материалов. Такие взаимодействия лежат в основе появляющихся новых нанотехнологий в коммуникациях, наноробототехнике и ультратонких оптических компонентах.
Например, "скручивание" наночастиц может определять значение информационных битов (для левостороннего или правостороннего скручивания). Он также присутствует в пропеллерах нанороботов и может влиять на направление распространения лазерного луча. Более того, протестированный метод применим в крошечных объемах освещения, подходящих для анализа природных химических продуктов, которые являются многообещающими для новых фармацевтических препаратов, но где объем доступного для изучения материала часто недостаточен.
