ТАСС, 14 августа. Физики из США создали материал, который позволяет сталкивать электромагнитные волны друг с другом подобно реальным физическим объектам. Это достижение позволит упростить системы кодирования сигнала в радиоволновых и оптических сетях, сообщила в понедельник пресс-служба Городского университета Нью-Йорка (CUNY). Статья с описанием исследования вышла в журнале Nature Physics.
"Наши эксперименты указывают на то, что так называемые темпоральные интерфейсы, метаматериалы с резкими изменениями в характере движения времени внутри них, можно использовать для того, чтобы сталкивать электромагнитные волны друг с другом подобно тому, если бы они были осязаемыми объектами. Кроме того, эти материалы позволяют контролировать то, как происходит обмен энергией между сталкивающимися волнами", - сказал профессор CUNY Андреа Алу, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
В нормальных условиях частицы света не взаимодействуют друг с другом и пролетают сквозь друг друга, не сталкиваясь и не меняя траекторию движения. В этом легко убедиться, скрестив лучи двух фонариков. Теоретические расчеты и последние опыты физиков показывают, что фотоны начинают взаимодействовать только при экстремальных условиях среды, в частности, внутри ускорителей частиц, или внутри специальных структур из атомов, где поддерживаются сверхмощные электрические поля.
Авторы работы выяснили, что в реальности этого можно добиться при помощи созданного ими метаматериала. Так ученые называют искусственные структуры из множества наночастиц или других миниатюрных элементов, которые могут необычным образом взаимодействовать со светом или другим излучением. Как правило, метаматериалы взаимодействуют с пространственной частью волны и не влияют на ее темпоральные (временные) характеристики.
Столкновение электромагнитных волн
Несколько лет назад физики из Франции выяснили, что волны на поверхности воды можно столкнуть, если особым образом поменять временные характеристики этих акустических колебаний. Данное открытие натолкнуло американских исследователей на мысль, что таким образом можно заставить взаимодействовать и частицы света, если поместить их внутрь специального метаматериала, который способен резко менять временные свойства проходящих через него фотонов.
Так, ученые подготовили микроволновый волновод с компонентами, которые меняют преломляющую способность соединенных с ними участков устройства. Эти переключатели позволяют управлять темпоральными характеристиками движущихся через них фотонов.
Последующие опыты показали, что созданный материал не только позволяет сталкивать электромагнитные волны друг с другом, но и управлять тем, к каким последствиям приводят эти столкновения. В частности, ученым удалось использовать энергию одной волны для подавления другого колебания, а также взаимно усилить их, удалить часть одной из двух волн и поменять ее структуру произвольным образом.
Последнее, как отмечают физики, позволит создать новые методики кодирования сигнала в радиоволновых и оптических сетях передачи информации, а также упростит другие манипуляции со светом и электромагнитными волнами, при которых инженерам и ученым необходимо объединить несколько наборов сигналов.