Des scientifiques de l'Université d'État Lomonossov de Moscou, avec leurs collègues russes et étrangers, ont réalisé les premières mesures directes de champs électromagnétiques géants émergeant dans des particules diélectriques à haut indice de réfraction lors de la diffusion des ondes électromagnétiques. Les chercheurs ont présenté les résultats de leur projet dans Rapports scientifiques .

La miniaturisation des éléments de base en électronique nécessite de nouvelles approches. Il est donc devenu très important de créer des champs électromagnétiques intensifs concentrés dans le plus petit volume possible. Des scientifiques de l'Université d'État Lomonossov de Moscou, en collaboration avec une équipe internationale, ont effectué les premières mesures directes d'un champ résonant géant excité à l'intérieur d'une particule diélectrique de longueur d'onde inférieure à la diffusion d'une onde électromagnétique plane et ont fourni l'explication quantitativement théorique complète de l'effet observé.

le physicien Michael Tribelsky, l'auteur principal, dit, "En théorie, cet effet est connu. Dans ce cas, la particule diffusante agit comme un entonnoir, recueillir le rayonnement incident d'une grande surface et le concentrer dans un petit volume à l'intérieur de la particule. Cependant, il y a beaucoup de difficultés sur le chemin de la réalisation pratique. Les nanoparticules métalliques ont été les premiers candidats à de tels « concentrateurs de champ ». Malheureusement, ils ont trompé les attentes. Le fait est que les métaux ont des pertes dissipatives élevées dans le domaine d'application le plus intéressant des fréquences de la lumière visible des ondes incidentes. La dissipation entraîne des pertes d'énergie importantes, gaspillé pour un échauffement infructueux (et souvent nocif) de la nanoparticule, et diminue l'augmentation de résonance du champ électromagnétique. Dans ce cas, il serait naturel de se tourner vers les particules diélectriques. Malheureusement, ce n'est pas si simple de s'occuper d'eux."

Si une particule n'a pas un indice de réfraction élevé, les effets de résonance sont faibles. Concernant les particules à indice élevé, dont la taille est inférieure à la longueur d'onde du rayonnement incident, la croyance commune était que le champ électromagnétique pénétrait à peine dans une telle particule. Cependant, il s'avère qu'à certaines fréquences du rayonnement incident, le cas est tout le contraire. À savoir, le champ ne pénètre pas seulement dans la particule, mais sa concentration élevée peut être observée. Dans un sens, l'effet est analogue à l'arc d'un swing dû à des poussées faibles mais bien synchronisées.

"Notre principal résultat est que, au meilleur de notre connaissance, nous sommes les premiers à obtenir la preuve expérimentale directe de l'effet et à mesurer les profils des champs excités, ", dit Michael Tribelsky.

Les difficultés des mesures correspondantes aux fréquences optiques sont liées à la nécessité de mesurer des champs au sein d'une nanoparticule, et la résolution spatiale des mesures doit être de l'ordre du nanomètre. Les chercheurs ont modélisé la diffusion de la lumière par une nanoparticule au moyen de la diffusion identique des ondes radio par une particule centimétrique. Pour pouvoir déplacer une sonde à l'intérieur de la particule, un diélectrique liquide (habituellement de l'eau distillée maintenue à une certaine température fixe) versé dans un récipient transparent pour les ondes radio incidentes a été utilisé.

La réalisation se situe à la frontière même des études modernes sur l'optique sublongueur d'onde (c'est-à-dire l'optique traitant d'objets dont les échelles sont plus petites que la longueur d'onde du rayonnement incident). Ces phénomènes ont des applications notamment en médecine (diagnostic et traitement des maladies, y compris le cancer; livraison ciblée de médicaments et autres), biologie (capteurs et marqueurs divers), télécommunications (nanoantennes) et systèmes d'enregistrement et de stockage d'informations et autres domaines. Il pourrait également être utilisé pour la création de nouveaux ordinateurs optiques révolutionnaires dans lesquels les informations ne sont pas transférées par des impulsions électriques mais par des paquets lumineux.

Le scientifique dit, « Dans une perspective large, notre projet peut initier la création d'un nouveau paysage pour la conception et la fabrication de nanodispositifs et de métamatériaux super-miniatures, à savoir des matériaux qui sont artificiellement formés et structurés d'une manière spéciale pour posséder des propriétés électromagnétiques inhabituelles."