Os físicos conseguiram criar uma estrutura experimental com uma forte resposta dipolo toroidal do campo eletromagnético em uma ampla faixa de frequência. Esta resposta está associada a uma configuração especial de correntes eletromagnéticas causando alta concentração do campo. Uma rede especial de metal dielétrico foi criada para produzir e medir a resposta. Os resultados podem ser usados ​​para criar materiais que não se espalham, bem como para controlar campos eletromagnéticos. A pesquisa foi publicada em Materiais Óticos Avançados .

Não é possível criar sensores precisos ou dispositivos de armazenamento e processamento de dados sem controlar as propriedades do campo eletromagnético, como concentração de energia, direção das oscilações, ou polarização de ondas. A regulação da interação de respostas dipolo associadas a diferentes configurações de corrente no campo nos dá a oportunidade de alterar as características eletromagnéticas de um objeto até mesmo a ponto de torná-lo invisível. Isso pode ser alcançado criando uma estrutura combinando dois tipos de dipolo:elétrico convencional, e dipolo toroidal mais complexo.

Até agora, os dipolos toroidais experimentalmente observados pelos cientistas eram muito fracos ou existiam apenas em uma faixa de frequência extremamente estreita, que criou complicações para o uso prático. Além disso, as estruturas experimentais foram baseadas em metais, o que levou a grandes perdas de energia. Cientistas da ITMO University, juntamente com seus colegas do Irã e da Austrália, conseguiram superar essas dificuldades. Eles foram os primeiros a desenvolver uma meta-rede consistindo de material dielétrico com uma resposta dipolo toroidal dominando uma ampla faixa de frequência.

"Criamos uma estrutura periódica que testamos em uma série de experimentos para garantir que o dipolo toroidal fosse forte o suficiente. Ao estudar o espectro e a distribuição do campo eletromagnético, registramos algumas características típicas do dipolo toroidal:o campo era altamente concentrado e tinha um forte componente longitudinal, o que significa que a direção das oscilações do campo eletromagnético coincide com a sua direção de propagação. Isso pode ser útil para criar sensores moleculares ou produzir efeitos não lineares em óptica, "explica Andrey Sayansky, Ph.D. aluno da Faculdade de Física e Tecnologia da ITMO University.

Para criar a meta-rede, os cientistas usaram fosfetos de índio e gálio. O índice de refração desses materiais dielétricos é inferior ao índice de materiais regulares como o germânio ou arseneto de gálio. Contudo, os resultados mostraram que os dielétricos "médios" mais acessíveis também podem ser usados ​​para evitar a perda de energia. Os cientistas esperam que isso contribua para a pesquisa mais ativa e a aplicação prática de tais estruturas. Outra descoberta importante foi que a resposta toroidal da meta-rede pode ser excitada por qualquer onda de polarização. Isso ajudará a expandir o escopo de aplicação de materiais e dispositivos baseados em meta-rede.

"Não desenvolvemos um material não irradiante, mas lançamos a base necessária para sua criação. Nossas descobertas também são adequadas para uma variedade de outras aplicações. O princípio do controle do dipolo toroidal demonstrado em nossa pesquisa pode servir para criar sensores, controlar a luz e transmitir ou armazenar informações, "diz Andrey Miroshnichenko, professor da University of New South Wales, na Austrália.