Les physiciens ont réussi à créer une structure expérimentale avec une forte réponse dipolaire toroïdale du champ électromagnétique sur une large gamme de fréquences. Cette réponse est associée à une configuration particulière de courants électromagnétiques provoquant une forte concentration du champ. Un réseau métallique diélectrique spécial a été créé pour produire et mesurer la réponse. Les résultats peuvent être utilisés pour créer des matériaux non diffusants, ainsi que pour contrôler les champs électromagnétiques. La recherche a été publiée dans Matériaux optiques avancés .

Il n'est pas possible de créer des capteurs ou des dispositifs de stockage et de traitement de données précis sans contrôler les propriétés du champ électromagnétique telles que la concentration d'énergie, sens des oscillations, ou la polarisation des ondes. La régulation de l'interaction des réponses dipolaires associées aux différentes configurations de courant sur le terrain nous donne la possibilité de modifier les caractéristiques électromagnétiques d'un objet jusqu'à le rendre invisible. Ceci peut être réalisé en créant une structure combinant deux types de dipôles :électrique classique, et un dipôle toroïdal plus complexe.

Jusqu'à maintenant, les dipôles toroïdaux observés expérimentalement par les scientifiques étaient soit très faibles, soit n'existaient que dans une gamme de fréquences extrêmement étroite, ce qui a créé des complications pour une utilisation pratique. De plus, les structures expérimentales étaient à base de métaux, ce qui a entraîné des pertes d'énergie importantes. Des scientifiques de l'Université ITMO ainsi que leurs collègues d'Iran et d'Australie ont réussi à surmonter ces difficultés. Ils ont été les premiers à développer un métal-réseau constitué d'un matériau diélectrique avec une réponse dipôle toroïdale dominant sur une large gamme de fréquences.

"Nous avons créé une structure périodique que nous avons ensuite testée dans une série d'expériences pour nous assurer que le dipôle toroïdal était suffisamment fort. Lors de l'étude du spectre et de la distribution du champ électromagnétique, nous avons enregistré quelques caractéristiques typiques du dipôle toroïdal :le champ était très concentré et avait une forte composante longitudinale, ce qui signifie que la direction des oscillations du champ électromagnétique coïncide avec sa direction de propagation. Cela peut être utile pour créer des capteurs moléculaires ou produire des effets non linéaires en optique, " explique Andrey Sayansky, doctorat étudiant à la Faculté de Physique et de Technologie de l'Université ITMO.

Pour créer le méta-réseau, les scientifiques ont utilisé des phosphures d'indium et de gallium. L'indice de réfraction de ces matériaux diélectriques est inférieur à l'indice des matériaux ordinaires comme le germanium ou l'arséniure de gallium. Cependant, les résultats ont montré que les diélectriques "moyens" plus abordables peuvent également être utilisés pour éviter les pertes d'énergie. Les scientifiques espèrent que cela contribuera à une recherche plus active et à une application pratique de telles structures. Une autre découverte majeure est que la réponse toroïdale du méta-réseau peut être excitée par n'importe quelle onde de polarisation. Cela contribuera à élargir le champ d'application des matériaux et dispositifs à base de métal-réseau.

"Nous n'avons pas développé de matériau non rayonnant, mais nous avons posé les bases nécessaires à sa création. Nos résultats sont également adaptés à une variété d'autres applications. Le principe du contrôle dipôle toroïdal démontré dans nos recherches peut servir à créer des capteurs, contrôler la lumière et transmettre ou stocker des informations, " dit Andrey Miroshnichenko, professeur à l'Université de Nouvelle-Galles du Sud en Australie.