Ученые Университета ИТМО и МФТИ доказали, что маленькие объекты так же, как и большие, способны полностью поглощать свет. Результаты исследования помогут в создании новых компактных технологий для беспроводной передачи энергии и информации.
Российские физики обнаружили эффект сверхпоглощения света у небольших объектов / ©Getty images
Статья опубликована в журнале Laser & Photonics Reviews. Свет может по-разному взаимодействовать с веществом: отражаться от него, рассеиваться им или поглощаться. Чаще всего, эти процессы происходят одновременно. В большинстве случаев это не проблема. Однако существуют задачи, где от материала требуется только максимальное поглощение. Например, для работы солнечных электростанций, где буквально каждый фотон, который отражается от поверхности солнечной батареи, может приводить к снижению ее КПД.
«Световая волна состоит из частиц света, фотонов. Каждый раз, падая на “темный” или непрозрачный материал, такой как уголь, краситель или асфальтовая поверхность дороги, она теряет лишь некоторую долю своей энергии. Только часть фотонов переходит в тепловую энергию, в то время как оставшаяся часть без проблем отражается, рассеивается или “насквозь” проходит через поглощающее вещество», – объясняет старший научный сотрудник МФТИ Денис Баранов.
Ученые по всему миру пытаются снизить число потерянных фотонов до минимума, а в идеале и до нуля. Ранее исследователям уже удалось достигнуть эффекта полного поглощения на очень больших объектах, размер которых во много раз превосходит размер пучка света. Однако для маленьких тел эта задача до сих пор оставалась нерешенной. Ученым из ИТМО и МФТИ впервые удалось рассчитать характеристики небольших объектов, которые могут полностью поглощать падающий на них свет.
«В ходе расчетов у нас получилось свести сложную аналитическую задачу к более простому уравнению — уравнению Фредгольма второго рода. Решив его, мы нашли идеальное соотношение параметров частиц и света для полного поглощения на наноуровне. Важно, что это соотношение работает и на микроуровне или объектах размером с аккумулятор телефона или ноутбука», – рассказывает аспирант Университета ИТМО Алексей Проскурин.
«Поглощение электромагнитной энергии лежит в основе многих современных устройств. Уменьшение размера поглотителей позволит сделать конечное устройство значительно меньше. Мы надеемся, что полученные результаты помогут в создании компактных микроволновых и оптических антенн, а также эффективных устройств беспроводной передачи энергии», – заключил доцент Университета ИТМО Андрей Богданов.
