Científicos de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú, junto con sus colegas rusos y extranjeros, han logrado las primeras mediciones directas de campos electromagnéticos gigantes que emergen en partículas dieléctricas con alto índice de refracción en la dispersión de ondas electromagnéticas. Los investigadores han presentado los resultados de su proyecto en Informes científicos .

La miniaturización de elementos básicos en electrónica requiere nuevos enfoques. Por tanto, se ha vuelto muy importante crear campos electromagnéticos intensivos concentrados en el menor volumen posible. Científicos de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú, en colaboración con un equipo internacional, realizaron las primeras mediciones directas de un campo resonante gigante excitado dentro de una partícula dieléctrica de sublongitud de onda en la dispersión de una onda electromagnética plana y proporcionaron la explicación cuantitativamente teórica completa del efecto observado.

El físico Michael Tribelsky, el autor principal, dice, "En teoria, este efecto ha sido conocido. En este caso, la partícula de dispersión actúa como un embudo, recolectando la radiación incidente de un área grande y concentrándola en un pequeño volumen dentro de la partícula. Sin embargo, Hay muchas dificultades en el camino hacia la realización práctica. Las nanopartículas metálicas fueron las primeras candidatas para tales "concentradores de campo". Desafortunadamente, han engañado las expectativas. El punto es que los metales tienen altas pérdidas disipativas en el área de aplicaciones más interesantes de las frecuencias de luz visible de las ondas incidentes. La disipación conduce a importantes pérdidas de energía, desperdiciado por el calentamiento infructuoso (y a menudo dañino) de la nanopartícula, y disminuye la mejora resonante del campo electromagnético. En cuyo caso, sería natural recurrir a partículas dieléctricas. Desafortunadamente, no es tan sencillo tratar con ellos ".

Si una partícula no tiene un índice de refracción alto, los efectos de resonancia son débiles. En cuanto a las partículas de alto índice, cuyo tamaño es menor que la longitud de onda de la radiación incidente, la creencia común era que el campo electromagnético apenas penetraba en tal partícula. Sin embargo, resulta que en algunas frecuencias de la radiación incidente, el caso es todo lo contrario. A saber, el campo no solo penetra en la partícula, pero se puede observar su alta concentración. En un sentido, el efecto es análogo al arco de un swing debido a empujones débiles pero oportunos.

"Nuestro principal resultado es que, a lo mejor de nuestro conocimiento, somos los primeros en lograr la evidencia experimental directa del efecto y medir los perfiles de los campos excitados, "Dice Michael Tribelsky.

Las dificultades de las mediciones correspondientes a frecuencias ópticas están relacionadas con la necesidad de medir campos dentro de una nanopartícula, y la resolución espacial de las medidas debe ser del orden de nanómetros. Los investigadores modelaron la dispersión de la luz por una nanopartícula mediante la dispersión idéntica de las ondas de radio por una partícula de un centímetro. Para poder mover una sonda dentro de la partícula, Se ha empleado dieléctrico líquido (agua destilada habitual mantenida a una determinada temperatura fija) vertida en un recipiente transparente para la onda de radio incidente.

El logro se encuentra en la frontera misma de los estudios modernos sobre la óptica de sublongitud de onda (es decir, la óptica que trata con objetos cuyas escalas son más pequeñas que la longitud de onda de la radiación incidente). Estos fenómenos tienen aplicaciones que incluyen la medicina (diagnóstico y tratamiento de enfermedades, incluido el cáncer; administración de fármacos dirigida y otros), biología (varios sensores y marcadores), telecomunicaciones (nanoantenas) y sistemas de registro y almacenamiento de información y otras esferas. También podría utilizarse para la creación de nuevas y revolucionarias computadoras ópticas en las que la información se transfiera no mediante pulsos eléctricos sino mediante paquetes de luz.

El científico dice:"En una perspectiva amplia, nuestro proyecto puede iniciar la creación de un nuevo paisaje para el diseño y la fabricación de nanodispositivos y metamateriales en superminiatura, es decir, materiales que se forman y estructuran artificialmente de una manera especial para poseer propiedades electromagnéticas inusuales ".