Как измерить магнетизм света?
Исследователи нашли способ прямого измерения достаточно слабой магнитной составляющей световой электромагнитной волны. Предложенная методика в будущем может использоваться для измерения магнитных свойств отдельных объектов наномасштаба, а также так называемых метаматериалов.
Свет – это электромагнитная волна, имеющая, как известно, две составляющих: электрическую и магнитную. Но когда такая волна путешествует через материю, достаточно слабую магнитную составляющую практически невозможно зафиксировать напрямую. «Основная» реакция вещества на электромагнитные волны – это колебательные движения электронов под действием изменения напряженности электрического поля. Это взаимодействие обычно в 10 000 раз превышает «круговую» составляющую силы, возникающую за счет магнитного поля. Единственные объекты, для которых это утверждение не верно, - так называемые метаматериалы, зачастую, содержащие в себе металлические кольца, чрезвычайно сильно реагирующие на магнитное поле. Благодаря этому, свет, проходящий через метаматериал, может изменять траекторию своего распространения самым неожиданным образом, что делает возможным создание супер-линз и даже так называемых «плащей-невидимок».
Ранее измерить величину взаимодействия электромагнитной волны с веществом ученые могли только путем вычитания доминирующей электрической составляющей из полного зафиксированного эффекта. Однако практически одновременно две независимые группы исследователей сообщили об успешном наблюдении эффекта одной лишь магнитной составляющей. Для этого они использовали двумерное устройство, получившее название «фотонной кристаллической микротрещины». Данное устройство изготавливалось из кристалла полупроводника, в котором (как в перфокарте) создавались небольшие отверстия с размерами порядка нескольких микрон. «Микротрещина» формировалась при помощи отсутствия перфорирования на определенной области полупроводника. В этом случае окружающая структура действовала как «зеркало» для света инфракрасного диапазона, создавая стоячую волну над «гладкой» областью.
Уже несколько лет ученые исследовали таким образом «пойманный в ловушку» свет. Для своих измерений они использовали иглообразное оптоволокно, которое размещалось на расстоянии нескольких нанометров от поверхности. Таким инструментом можно было работать с электрическим полем стоячей волны, что вызывает смещение ее частоты далее в красную область спектра.
Теперь же ученые воспользовались оптоволокном, покрытым везде, кроме непосредственно острия, тонким слоем алюминия. Это дополнительное покрытие ведет себя по отношению к магнитному полю как металлическое кольцо диаметром несколько нанометров. «Инструмент» взаимодействует с магнитным полем, вызывая поток зарядов в металлическом кольце, который, в свою очередь, индуцирует вторичное магнитное поле, смещающее частоту стоячей волны в сторону фиолетовой области спектра.
Исследователи полагают, что подобная методика могла бы в будущем не только помочь глубже понять природу света, но и использоваться для измерения магнитного поля любых малых объектов, в том числе нанотрубок и даже отдельных атомов.
