Cientistas da Lomonosov Moscow State University, junto com seus colegas russos e estrangeiros, alcançaram as primeiras medições diretas de campos eletromagnéticos gigantes emergentes em partículas dielétricas com alto índice de refração no espalhamento de ondas eletromagnéticas. Os pesquisadores apresentaram os resultados de seus projetos em Relatórios Científicos .

A miniaturização de elementos básicos em eletrônica requer novas abordagens. Tornou-se, portanto, muito importante criar campos eletromagnéticos intensivos concentrados no menor volume possível. Cientistas da Lomonosov Moscow State University, em colaboração com uma equipe internacional, conduziram as primeiras medições diretas de um campo ressonante gigante excitado dentro de uma partícula dielétrica de comprimento de onda no espalhamento de uma onda eletromagnética plana e forneceram a explicação quantitativa teórica completa do efeito observado.

O físico Michael Tribelsky, o autor principal, diz, "Em teoria, este efeito é conhecido. Nesse caso, a partícula de dispersão atua como um funil, reunir radiação incidente de uma grande área e concentrá-la em um pequeno volume dentro da partícula. Contudo, existem muitas dificuldades no caminho para a realização prática. Nanopartículas metálicas foram as primeiras candidatas a esses 'concentradores de campo'. Infelizmente, eles enganaram as expectativas. O ponto é que os metais têm altas perdas dissipativas na área de aplicações mais interessantes das frequências de luz visível das ondas incidentes. A dissipação leva a perdas significativas de energia, desperdiçado no aquecimento infrutífero (e muitas vezes prejudicial) da nanopartícula, e diminui o aumento ressonante do campo eletromagnético. Nesse caso, seria natural recorrer a partículas dielétricas. Infelizmente, não é tão simples lidar com eles. "

Se uma partícula não tiver um alto índice de refração, os efeitos ressonantes são fracos. Em relação às partículas de alto índice, cujo tamanho é menor que o comprimento de onda da radiação incidente, a crença comum era que o campo eletromagnético dificilmente penetraria em tal partícula. Contudo, Acontece que em algumas frequências da radiação incidente, o caso é exatamente o oposto. Nomeadamente, o campo não apenas penetra na partícula, mas sua alta concentração pode ser observada. Num sentido, o efeito é análogo ao arco de um balanço devido a empurrões fracos, mas oportunos.

“Nosso principal resultado é que, para o melhor de nosso conhecimento, somos os primeiros a alcançar a evidência experimental direta do efeito e medir os perfis dos campos excitados, "Michael Tribelsky diz.

As dificuldades das medições correspondentes em frequências ópticas estão relacionadas à necessidade de medir campos dentro de uma nanopartícula, e a resolução espacial das medidas deve ser da ordem dos nanômetros. Os pesquisadores modelaram o espalhamento da luz por uma nanopartícula por meio do espalhamento idêntico de ondas de rádio por uma partícula centimétrica. Para ser capaz de mover uma sonda dentro da partícula, dielétrico líquido (água destilada usual mantida a uma certa temperatura fixa) derramado em um recipiente transparente para o recipiente de ondas de rádio incidente foi empregado.

A conquista está na fronteira dos estudos modernos sobre a óptica de sub-comprimento de onda (ou seja, a óptica que trata de objetos cujas escalas são menores do que o comprimento de onda da radiação incidente). Esses fenômenos têm aplicações que incluem medicina (diagnóstico e tratamento de doenças, incluindo câncer; entrega de drogas direcionadas e outros), biologia (vários sensores e marcadores), telecomunicações (nanoantenas) e sistemas para registro e armazenamento de informações e outras esferas. Também poderia ser usado para a criação de novos computadores ópticos revolucionários nos quais a informação é transferida não por pulsos elétricos, mas por pacotes de luz.

O cientista diz, "Em uma perspectiva ampla, nosso projeto pode iniciar a criação de uma nova paisagem para design e fabricação de nanodispositivos e metamateriais superminiatura - ou seja, materiais que são formados artificialmente e estruturados de uma maneira especial para possuir propriedades eletromagnéticas incomuns. "