Физики заставили прозрачные материалы поглощать свет

© Пресс-служба МФТИ

«Теоретические результаты, полученные в этой работе, оказались очень контринтуитивными. Думаю, что никто из авторов до начала исследования не мог предположить, что с помощью прозрачной системы можно провернуть такой фокус. Но сама математика подсказала нам дорогу к этому эффекту, и неизвестно, какие еще необычные явления скрываются за ширмой простой электродинамики», — рассказывает Денис Баранов, аспирант из Московского физико-технического института в Долгопрудном.

Сегодня практически все физики полагают, что свет ведет себя одновременно как частица и как электромагнитная волна. На базе этого феномена, который в прошлом не совсем корректно называли «корпускулярно-волновым дуализмом», построены многие современные технологии — в частности, матрицы фотокамер и различные светодатчики.

Как правило, их делают из материалов, которые хорошо поглощают свет. То есть энергия частиц света, сталкивающихся с их поверхностью, преобразуется в тепло, коллективные колебания электронов или другие формы энергии. В силу физических свойств все эти материалы темные, а вот прозрачные, например стекло, справляются с такими задачами очень плохо.

Денис Баранов и его коллеги из МФТИ, Технологического университета Чалмерса в Готенбурге (Швеция) и Университетов ИТМО в Санкт-Петербурге и Техаса в Остине (США), призвав на помощь математику и теоретическую физику, выяснили, что прозрачные материалы все же можно использовать для создания почти идеальных датчиков света и сверхмощных солнечных батарей.

Изучая, как меняется электромагнитное поле фотонов в тот момент, когда частицы света проходят через прозрачный материал, российские и зарубежные физики заметили, что материал начинает поглощать энергию фотонов, если интенсивность пучка меняется определенным образом.

К примеру, если яркость света растет экспоненциально, то фактически вся его энергия будет накапливаться внутри прозрачного материала, а наблюдателю будет казаться, что стекло внезапно почернело и стало абсолютно непрозрачным.

Как объясняют ученые, это происходит потому, что рассеянные волны света, пытающиеся покинуть прозрачный материал, накладываются друг на друга и самоуничтожаются, в результате чего энергия не сможет покинуть стекло.

Этот эффект не вечен – он практически мгновенно исчезает, когда прекращается накачка материала. Как отмечают ученые, это открытие интересно не только для изучения взаимодействия света с прозрачными материалами, но и с практической точки зрения.

Например, накопление света в прозрачной системе позволит разработать оптическую память для компьютеров, которая сможет хранить информацию без потерь энергии и высвобождать ее в нужный момент.