Une équipe internationale de physiciens a produit les premières preuves de particules capables de diffuser la lumière dans une direction latérale en supprimant la diffusion vers l'avant et vers l'arrière. Les chercheurs ont étudié la physique derrière ce phénomène et ont confirmé leurs résultats théoriques avec une expérience dans le domaine spectral des micro-ondes, prouver que les réseaux ou les métasurfaces constitués de ces matériaux peuvent être complètement invisibles. Ces résultats peuvent être utilisés dans une variété d'applications, y compris le routage de lumière, hologrammes codés en binaire, et capteurs. L'étude a été publiée dans Lettres d'examen physique .

Les études sur la diffusion de la lumière en photonique tout diélectrique se réfèrent souvent à ce que l'on appelle l'effet Kerker qui se produit lorsqu'un objet diffuse la lumière uniquement vers l'avant. En revanche, la diffusion de la lumière vers l'arrière est appelée effet anti-Kerker. En utilisant ces phénomènes, les scientifiques peuvent obtenir des moyens inhabituels de contrôle de la lumière à l'échelle nanométrique.

Une équipe de recherche internationale a, pour la première fois, ont montré que ces deux effets peuvent se produire simultanément, entraînant une diffusion de la lumière uniquement latérale. Les physiciens ont décrit mathématiquement les conditions provoquant cet effet et ont étudié en détail la physique qui le sous-tend. Leurs travaux théoriques ont été confirmés par des expériences dans le domaine des micro-ondes. De plus, des structures ordonnées—métasurfaces—ont également été prises en compte. En raison du comportement inhabituel des particules, de tels réseaux peuvent fournir une invisibilité non négligeable :disparition des perturbations des champs incidents et transmis accompagnées d'une forte augmentation du champ à l'intérieur des particules. À la fois, la phase de l'onde transmise reste inchangée comme s'il n'y avait aucun obstacle. Cet effet particulier peut être utilisé, par exemple., pour la détection, une variété de tâches non linéaires, et hologrammes.

"Pour la première fois, nous avons combiné les effets physiques Kerker et anti-Kerker pour atteindre un nouveau niveau de contrôle de la lumière, en obtenant une diffusion latérale uniquement presque sans diffusion vers l'avant ou vers l'arrière. Et le problème n'était pas seulement dans les équations appropriées mais surtout dans les mécanismes physiques derrière le phénomène. Par conséquent, il n'y avait aucune information sur les paramètres nécessaires de l'objet avec une telle signature optique unique. Et nous avons réussi à fournir ces résultats de haut niveau grâce à une large collaboration internationale, " dit Alexandre Shaline, responsable du Laboratoire International de Nano-Optomécanique de l'Université ITMO.

Selon les auteurs, l'étude a commencé il y a environ un an. Les premières estimations et prédictions théoriques ont été largement discutées avec Yuri Kivshar, professeur à l'Australian National University et à l'ITMO University, et Andrey Evlyukhin, un chercheur du Hannover Laser Centrum, Allemagne. La deuxième étape de la partie théorique comprenant des calculs numériques a été réalisée avec des collègues de l'Université Ben Gourion, Israël. Les expériences ont été réalisées à l'Université ITMO. Ce travail conjoint et un niveau élevé de compréhension physique du problème ont permis à l'équipe de devancer une équipe en Chine qui travaillait sur un problème similaire du point de vue de l'optimisation numérique.

« En travaillant sur ce projet, J'ai surmonté plusieurs défis grâce aux consultations de mon superviseur Dr Alexander Shalin et de nos collaborateurs à l'étranger. Cela m'a aidé à développer de grandes compétences d'apprentissage et de confiance, et j'espère contribuer efficacement au développement de mon domaine. L'optique est aujourd'hui intégrée dans de nombreuses disciplines comme l'informatique, biologie et chimie. Et l'Université ITMO offre un environnement unique pour la recherche scientifique puisqu'elle réunit de nombreux scientifiques de haut niveau. La faculté nous soutient avec des équipements modernes et une vaste collaboration scientifique avec des centres de recherche internationaux. Tout cela rend nos capacités illimitées" commente Hadi K. Shamkhi, un doctorat étudiant à la Faculté de Physique et d'Ingénierie de l'Université ITMO.