Российские и китайские ученые впервые исследовали процесс генерации сверхсильных магнитных полей внутри диэлектрической сферы при ее вращении. Ранее аналогичные оптические процессы изучались только по отношению к диэлектрикам в статичном положении. Результаты исследования показали, что скорость вращения приводит к асимметрии системы. Это открывает новые способы формирования фотонного крючка — искривленного светового луча характерной формы. Полученные фундаментальные данные имеют широкие перспективы применения — от манипулирования наночастицами до создания управляемых резонаторов и исследования планет. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Optics Express, сообщает пресс-служба Томского политехнического университета.
Генерация интенсивных магнитных полей в диэлектрической мезомасштабной частице может достигаться в лабораторных условиях. Добиться такого эффекта возможно благодаря использованию эффекта суперрезонанса, при котором происходит специфическая резонансная локализация в частице оптических волн. При этом порядок величины сверхсильного магнитного поля сравним с полем в нейтронных звездах. В то же время открытым остается вопрос о том, что происходит с генерацией сверхсильных магнитных полей при вращении сферы. Например, когда речь идет об исследовании черных дыр, вращающихся с огромной скоростью, которая немногим меньше скорости света. Кроме того, вращение можно рассматривать как дополнительный «свободный» параметр, варьируя который возможно менять условия генерации сверхсильных полей.
Российские и китайские ученые смоделировали процесс вращения диэлектрической частицы и исследовали оптические явление, которые возникают внутри и в окрестности частицы. Они осветили плоско-поляризованной волной света диэлектрическую сферу, вращающуюся со стабильной угловой скоростью. После чего провели расчеты для созданного электромагнитного поля, используя математическое моделирование на основе модифицированной теории Лоренца-Ми.
«Вращение диэлектрической сферы приводит к образованию "кривых" световых пучков в теневой части этой сферы — луч распространяется не по прямой линии, а по "кривой". В условиях резонанса вращение приводит к "размазыванию" резонансной кривой, в результате чего так называемые "горячие точки" на полюсах сферы становятся спиралевидными. Это позволяет определить максимальную скорость вращения, при котором возможна генерация сверхсильных полей. Все эти эффекты можно объяснить как оптический аналог известного эффекта Магнуса», — рассказал профессор отделения электронной инженерии Томского политехнического университета Игорь Минин.
Ученые отмечают, что в зависимости от режимов и параметров задачи возможно формирование локализованных полей внутри сферы по дуге окружности или вне ее в виде фотонного крючка.
Полученные фундаментальные данные открывают новые возможности для мезотроники. Они могут быть полезны при проектировании резонаторов и различных сенсоров. Также они перспективны для создания оптического пинцета с новыми возможностями — устройства, которое с помощью лазерного пучка перемещает объекты микронного размера.
На следующем этапе исследования ученые планируют детально исследовать влияние генерации сверхсильных полей при участии вращающейся сферической частицы применительно к различным областям фотоники.
