Uma equipe de pesquisa da ITMO University e da Australian National University descobriu que diferentes metassuperfícies exibem o mesmo comportamento, desde que uma quebra de simetria seja introduzida em suas células unitárias "meta-átomos". A assimetria de meta-átomos resulta em ressonâncias de alta qualidade (Q alto) nos espectros de transmitância de metassuperfícies. Essas ressonâncias são capazes de amplificação múltipla de sinais externos. Ao manipular a assimetria, os cientistas foram capazes de controlar as ressonâncias e, portanto, uma resposta óptica, o que é altamente desejável para aplicações práticas. Os resultados desta pesquisa foram publicados em Cartas de revisão física .

O fator de qualidade (o chamado fator Q) é uma das características mais importantes de um sistema ressonante. Ele determina a eficácia da interação luz-matéria e amplificação de sinais externos. Mostra o quão bem a estrutura pode capturar a luz. Quando a amostra é reduzida em tamanho, especialmente em espessura, seu fator de qualidade também é reduzido significativamente, tornando-o inadequado para aplicações práticas.

Em sua nova pesquisa, uma equipe de físicos da ITMO University e da Australian National University, liderado pelo Prof. Yuri Kivshar, revelou uma nova física de ressonâncias de alto Q. Os cientistas descobriram que as ressonâncias agudas de Q alto são determinadas principalmente pela assimetria de meta-átomos, e quase não dependem da espessura das metassuperfícies e do tipo de materiais que demonstram um comportamento universal para todos os tipos de tais metassuperfícies. Portanto, Metassuperfícies com simetria quebrada podem ser usadas para criar sensores finos (menos do que o comprimento da luz) e altamente eficientes, lasers, e fontes de radiação não linear.

Mais importante, os pesquisadores provaram que as ressonâncias de alto Q em metassuperfícies assimétricas são governadas por estados ligados no continuum. Os últimos são estados não radiativos que aparecem quando várias ressonâncias em um sistema interagem no regime de interferência destrutiva suprimindo as perdas radiativas.

"Temos estudado estados ligados no continuum por dois anos como parte de um projeto apoiado pela Russian Science Foundation. Em algum ponto, percebemos que a natureza das ressonâncias de Q alto em metassuperfícies está relacionada à física dos estados ligados do continuum. Acontece que, introduzindo uma assimetria, podemos destruir estados ligados no continuum e convertê-los em ressonâncias de Q alto. Analisamos uma dúzia de sistemas assimétricos, encontrados em várias fontes, em grande detalhe e foram capazes de mostrar que os efeitos descritos anteriormente foram causados ​​por estados ligados no continuum, "diz o Dr. Andrey Bogdanov, um bolsista de pesquisa no Centro Internacional de Pesquisa para Nanofotônicos e Metamateriais da Universidade ITMO.

“O resultado mais importante do nosso trabalho é que fomos capazes de agregar e resumir os resultados de um grande número de trabalhos de vários campos da fotônica e da radiofísica, todos os quais têm apenas duas coisas em comum:a estrutura, que é uma metassuperfície assimétrica, e a natureza dos fenômenos observados, o de ressonâncias nítidas e estreitas na resposta espectral. Em trabalhos mais antigos, isso foi explicado pelo uso de novos termos. Nós, Contudo, mostrou que todos os fenômenos físicos podem ser descritos por meio de estados vinculados no continuum, um fenômeno interferencial universal conhecido pelos físicos quânticos desde o início do século 20, "observa o Sr. Kirill Koshelev, membro da equipe do Centro Internacional de Pesquisa de Nanofotônica e Metamateriais da Universidade ITMO.

De acordo com os pesquisadores, uma compreensão mais profunda da ótica dos estados ligados no contínuo pode ajudar a simplificar o processo de criação de materiais com resposta ótica específica. Em pesquisas futuras, os cientistas planejam usar os resultados obtidos para analisar efeitos ópticos não lineares em metassuperfícies semelhantes.