Время от времени даже в России случаются научные открытия, которые удивляют своим содержанием, а не политической подоплекой. Сотрудники Института физики Казанского федерального университета (КФУ) обнаружили, что в средах с сильной пространственной дисперсией основным механизмом оптического нагрева является рассеяние света. Оказывается, это явление, ранее считавшееся фантастикой, теперь подтверждено экспериментально и обещает новые горизонты для нелокальной фотоники — области, которая изучает взаимодействие света с пространственно-ограниченными средами.
«Взаимодействие света и вещества — это как танец, в котором партнеры должны идеально чувствовать друг друга. В современных технологиях, таких как оптоэлектроника, биомедицина и возобновляемая энергетика, такой танец критически важен», — объясняет руководитель исследования, заведующий кафедрой оптики и нанофотоники Института физики КФУ, профессор Сергей Харинцев. Он добавляет, что привычное поглощение света, подчиняющееся закону Бугера — Ламберта — Бера, уступает место рассеянию, когда речь идет о сложных неоднородных средах.
В этих средах, по словам ученого, можно обнаружить множество наноразмерных оптических неоднородностей — дефекты, межфазные границы и прочие «сюрпризы». При лазерном освещении такие неоднородности ведут себя как нечто мистическое: они генерируют фотоны ближнего поля с увеличенными импульсами, которые вступают в оптические переходы, вызывающие нагрев даже в оптически прозрачных средах.
Исследователи предположили, что оптические потери в таких средах объясняются не только поглощением, но и рассеянием света. Они показали, что доминирующим механизмом здесь является электронное рассеяние света, что открывает уникальные возможности для практического применения.
«Аномальный оптический нагрев пространственно-ограниченных сред обусловлен непрямыми оптическими переходами благодаря согласованию импульсов электрона и фотона», — отмечает соавтор работы, магистрант Института физики Элина Батталова. Этот процесс приводит к увеличению концентрации зарядов и, соответственно, показателя преломления, что может быть использовано в создании более эффективных белых светодиодов и солнечных батарей.
