Мировые новости

Вид на Технион. Фото The World in HDR shutterstock

Ученые Техниона опровергли один из главных законов оптики

Группе из израильского технологического университета в Хайфе удалось доказать совершенно новый взгляд на глобальную оптическую проблему в нанометрии.

Один из главных принципов оптики говорит: луч света «обходит» тела, которые по размеру меньше световой волны или приближаются к ее длине. Однако в статье журнала Science, опубликованной 2 июня, ученые Техниона и их коллеги из университета Нью-Йорка утверждают, что свет может сосредотачиваться на телах, размером в 100 раз меньше длины волны света.

Авторы исследования из Техниона – докторант Ханан Герциг Шайнфукс, д-р Яаков Лумер, д-р Гай Анконина и проф. Гай Берталь. Возглавлял исследование д-р Мордехай Сегев.

В статье речь идет о нанометрической «башне», состоящей из слоев, толщиной менее одной двадцатитысячной толщины стандартного бумажного листа. Процесс рассеивания света при прохождении через каждый из таких слоев описан, и затухание света известно. Но в последней работе ученых Техниона был проведен эксперимент по отражению света от «башни» из множества слоев толщиной 2 нм каждый (примерно 6 атомов). Заставляя свет падать под определенным углом, ученые добились эффекта, известного как переход (локализация) Андерсона (Anderson Localization). В упорядоченном кристалле при определенном разбросе энергий состояния на узлах решетки не изменяются. Это открытие может опровергнуть принятое до сих пор мнение в отношении тел размером в нанометры.

Проф. Филип Андерсон сделал это открытие в 1958 году. В 1977 году он был удостоен за него Нобелевской премии по физике. В определенных случаях переход Андерсона можно использовать в изготовлении изолированных друг от друга токопроводящих материалов.

Экспериментальная демонстрация перехода Андерсона – вещь особо трудная, поскольку речь идет об отражении света от частиц, значительно меньших, чем длина световой волны. Поэтому материалы со случайным (не кристаллическим) расположением атомов вроде стекла для демонстрации перехода Андерсона считались непригодными, хоть оптические микроскопы даже лучшего качества демонстрируют стекло однородным. Исследование ученых Техниона, однако, опровергает это утверждение.

Чтобы проиллюстрировать поставленный учеными в Хайфе эксперимент, представим комара, толкающего человека. Очевидно, что комар слишком легок. Но если человек стоит на тонкой нити, любого малого толчка может быть достаточно, чтобы столкнуть его. Ученые создали ситуацию, в которой система находится в аналогичном неустойчивом для себя состоянии. Физическая нестабильность материала привела к тому, что влияние нанометрической неупорядоченности стало особо высоким, что позволило оптическому сканированию материала вызвать переход Андерсона, несмотря на малые размеры тела.

Исследователи Техниона предположили, что доказательство перехода Андерсона для таких случаев создаст возможности для многочисленных приложений такого эффекта оптического сканирования, в частности, для создания средств измерения дефектов самых малых размеров в полупроводниковых чипах и фотонных устройствах. Особо важным это открытие становится в свете того факта, что оптические измерения характерны быстротой и относительно низкой стоимостью в сравнении с существующими альтернативами вроде измерений с помощью рентгеновских лучей и электронных микроскопов.