Истражувачи од Пекиншкиот универзитет опишаа нов начин за ограничување на светлината на димензии далеку помали од нејзината бранова должина, и тоа без употреба на метали. Овој пристап е важен затоа што досегашните методи за силна компресија на светлина често зависеа од метални структури, кои предизвикуваат енергетски загуби и загревање.
Во основата на резултатот е т.н. сингулярна дисперзиска равенка, теоретска рамка што покажува дека светлината може да се „зароби“ и во диелектрични материјали, односно материјали без значителни загуби. Тоа отвора можност за поефикасни фотонски уреди, бидејќи диелектриците се попогодни за стабилна и енергетски поштедлива работа.
Тимот објаснува дека екстремната локализација на светлината произлегува од нова класа електромагнетни сопствени модови, кои ги нарекуваат бранови функции со форма на „нарвал“. Кај нив, полето во близина на сингулярноста нагло се засилува според степенест закон, а на поголеми растојанија брзо опаѓа експоненцијално. Комбинацијата од овие два ефекта овозможува светлината да се концентрира во исклучително мал волумен.
Истражувачите експериментално изработиле тридимензионален сингулярен диелектричен резонатор и покажале дека може да ја ограничи светлината под дифракциската граница во сите три просторни насоки. Со мерења во блиско поле тие директно го набљудувале однесувањето на овие модови и добиле резултати што се совпаѓаат со теоретските пресметки и 3Д симулациите.
Според објавените податоци, системот постигнал исклучително мал моден волумен од 5 × 10^-7 λ^3, што претставува многу високо ниво на просторна компресија на светлината. Ваквата контрола е особено значајна за засилување на заемодејството меѓу светлината и материјата, што е клучно во нанофотониката и квантните технологии.
Тимот ја применил оваа идеја и во нов тип блискополев оптички микроскоп, наречен сингулярен оптички микроскоп. Наместо класично осветлување, овој систем создава силно локализирани електромагнетни полиња, а ситните промени во блиските структури се детектираат преку поместувања во резонанцата. На тој начин биле прикажани длабоко суббрановидни шаблони со просторна резолуција до λ/1000.
Авторите сметаат дека со ова се поставува основата на нов правец што го нарекуваат „сингулоника“ – област насочена кон управување и ограничување на светлината под вообичаените физички граници, без дисипација на енергија. Ако пристапот се покаже практичен и во идни уреди, може да придонесе за помали и поефикасни фотонски чипови, нови квантни компоненти и подобри техники за снимање со суперрезолуција.
Трудот е објавен во списанието eLight, а научната статија ја потпишуваат Вен-Жи Мао, Хонг-Ји Луен и Рен-Мин Ма.
