Маленькие объекты могут полностью поглощать свет

Российские ученые доказали, что маленькие объекты, как и большие, могут полностью поглощать свет. Это поможет в разработке новых компактных технологий для беспроводной передачи энергии и информации. Исследование опубликовано в журнале Laser & Photonics Reviews.Есть несколько вариантов, как свет может взаимодействовать с веществом. Он может отражаться, рассеиваться или поглощаться. Обычно все эти варианты сочетаются друг с другом. Но иногда ученым нужно максимальное поглощение света веществом. Это требуется, например, для работы солнечных электростанций. Каждый фотон, который отражается от поверхности солнечной батареи, может приводить к снижению ее КПД.«Световая волна состоит из частиц света, фотонов. Каждый раз, падая на "темный" или непрозрачный материал, такой как уголь, краситель или асфальтовая поверхность дороги, она теряет лишь некоторую долю своей энергии. Только часть фотонов переходит в тепловую энергию, в то время как оставшаяся часть без проблем отражается, рассеивается или "насквозь" проходит через поглощающее вещество», — рассказал старший научный сотрудник МФТИ Денис Баранов.Сегодня ученые активно ищут способы, которые позволили бы максимально снизить число потерянных фотонов. В мире уже достигнут серьезный прогресс в этой области — исследователям удалось достигнуть эффекта полного поглощения. Но добиться этого получилось только на очень крупных объектах, которые во много раз превосходят по размеру пучок света. Однако российские ученые из ИТМО и МФТИ впервые смогли рассчитать характеристики небольших объектов, которые могут полностью поглощать падающий на них свет.«В ходе расчетов у нас получилось свести сложную аналитическую задачу к более простому уравнению — уравнению Фредгольма второго рода. Решив его, мы нашли идеальное соотношение параметров частиц и света для полного поглощения на наноуровне. Важно, что это соотношение работает и на микроуровне или объектах размером с аккумулятор телефона или ноутбука», — рассказал аспирант Университета ИТМО Алексей Проскурин.«Поглощение электромагнитной энергии лежит в основе многих современных устройств. Уменьшение размера поглотителей позволит сделать конечное устройство значительно меньше. Мы надеемся, что полученные результаты помогут в создании компактных микроволновых и оптических антенн, а также эффективных устройств беспроводной передачи энергии», — прокомментировал доцент Университета ИТМО Андрей Богданов.