Природные материалы взаимодействуют со светом посредством атомных переходов, прыжков электронов между различными уровнями энергии. Однако у этого процесса имеются ограничения: свет преимущественно взаимодействует со своим электрическим полем, но почти не затрагивает компонент магнитного поля. Эти особенности оптических свойств природных материалов привели к появлению так называемых метаматериалов, обладающих «противоестественными» свойствами, пишет EurekAlert. Например, отрицательным коэффициентом преломления.

Преломление возникает, когда пучок света меняет направление движения, проходя сквозь другую среду, например, воду или стекло. Отрицательное преломление — парадоксальный феномен изменения направления пучка в противоположную сторону от той, которая наблюдается в природе. Хотя такое явление ученые уже наблюдали прежде в метаматериалах, практическое применение наталкивалось на отсутствие технологий производства настолько качественных материалов и безызлучательных потерь.

Новый подход подробно, атом за атомом, моделирует движения света сквозь массивы атомов. И демонстрирует, что совокупная реакция атомов может приводить к отрицательному преломлению при полном отсутствии метаматериалов.

«В таких случаях атомы взаимодействуют друг с другом посредством светового поля, реагируя коллективно, а не независимо. Это означает, что реакция отдельного атома больше не направляет поведение всего ансамбля. Наоборот, коллективные взаимодействия порождают оптические свойства — например, отрицательное преломление — которые нельзя предсказать, изучая отдельные атомы изолированно», — сказал профессор Янне Руостекоски из Университета Ланкастера.

Этот эффект позволяет улавливать атомы в периодические оптические решетки, в которых они будут удерживаться волнами света. С их помощью можно будет управлять свойствами света с беспрецедентной точностью и даже добиться эффекта отрицательного преломления.

Важность исследований отрицательного преломления света заключается в революционном потенциале его применениях, если технологию получится довести до промышленного уровня. Технология позволит создавать суперлинзы, способные получать изображения за пределами дифракционного предела, включая полупроводниковую литографию с разрешением менее нанометра. Кроме того, станут возможны маскирующие устройств, делающие объекты действительно невидимыми.

В прошлом году компания Invisibility Shield Co представила на Кикстартере «щит-невидимку». Установка под названием Invisibility Shield 2.0. состоит из прозрачного поликарбоната и тонких линз, которые рассеивают свет, отражаемый пользователем и окружающим фоном, создавая эффект невидимости.