Los físicos han logrado crear una estructura experimental con una fuerte respuesta dipolar toroidal del campo electromagnético en un amplio rango de frecuencias. Esta respuesta está asociada con una configuración especial de corrientes electromagnéticas que provocan una alta concentración del campo. Se creó una rejilla de metal dieléctrico especial para producir y medir la respuesta. Los resultados se pueden utilizar para crear materiales que no se dispersen, así como para controlar campos electromagnéticos. La investigación fue publicada en Materiales ópticos avanzados .

No es posible crear sensores precisos o dispositivos de almacenamiento y procesamiento de datos sin controlar las propiedades del campo electromagnético, como la concentración de energía, dirección de las oscilaciones, o polarización de ondas. La regulación de la interacción de las respuestas dipolo asociadas con diferentes configuraciones de corriente en el campo nos da la oportunidad de cambiar las características electromagnéticas de un objeto incluso hasta el punto de hacerlo invisible. Esto se puede lograr creando una estructura que combine dos tipos de dipolos:eléctrico convencional, y dipolo toroidal más complejo.

Hasta ahora, los dipolos toroidales observados experimentalmente por los científicos eran muy débiles o existían solo en un rango de frecuencia extremadamente estrecho, que creó complicaciones para el uso práctico. Es más, las estructuras experimentales se basaron en metales, lo que provocó grandes pérdidas de energía. Los científicos de la Universidad ITMO junto con sus colegas de Irán y Australia lograron superar estas dificultades. Fueron los primeros en desarrollar una metarejilla que consta de material dieléctrico con una respuesta de dipolo toroidal que domina un amplio rango de frecuencias.

"Creamos una estructura periódica que luego probamos en una serie de experimentos para asegurarnos de que el dipolo toroidal era lo suficientemente fuerte. Al estudiar el espectro y la distribución del campo electromagnético, registramos algunas características típicas del dipolo toroidal:el campo estaba altamente concentrado y tenía un fuerte componente longitudinal, lo que significa que la dirección de las oscilaciones del campo electromagnético coincide con su dirección de propagación. Esto puede ser útil para crear sensores moleculares o producir efectos no lineales en óptica, "explica Andrey Sayansky, Doctor. estudiante de la Facultad de Física y Tecnología de la Universidad ITMO.

Para crear la meta-celosía, los científicos utilizaron fosfuros de indio y galio. El índice de refracción de estos materiales dieléctricos es más bajo que el índice de los regulares como el germanio o el arseniuro de galio. Sin embargo, Los resultados mostraron que los dieléctricos "medios" más asequibles también se pueden utilizar para evitar la pérdida de energía. Los científicos esperan que esto contribuya a una investigación más activa y una aplicación práctica de tales estructuras. Otro hallazgo importante fue que la respuesta toroidal de metarejilla puede ser excitada por cualquier onda de polarización. Esto ayudará a ampliar el ámbito de aplicación de los materiales y dispositivos basados ​​en metarejilla.

"No desarrollamos un material no radiante, pero pusimos los cimientos necesarios para su creación. Nuestros hallazgos también son adecuados para una variedad de otras aplicaciones. El principio del control del dipolo toroidal demostrado en nuestra investigación puede servir para crear sensores, controlar la luz y transmitir o almacenar información, "dice Andrey Miroshnichenko, profesor de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia.