Свет - очень нежное и уязвимое свойство. Свет может поглощаться или отражаться от поверхности материала в зависимости от свойств вещества или изменять свою форму и преобразовываться в тепловую энергию. Достигая поверхности металлического материала, свет также имеет тенденцию отдавать энергию электронам внутри металла - широкий спектр явлений, которые мы называем "оптическими потерями".

Производство сверхмалых оптических элементов, которые используют свет различными способами, очень сложно, поскольку меньший размер оптического компонента приводит к большим оптическим потерям. Однако в последние годы к исследованиям в области оптики была применена неэрмитова теория, которая использует оптические потери совершенно по-другому. Делаются новые открытия в физике, основанные на неэрмитовой теории, которая охватывает оптические потери, исследуя способы использования этого явления, в отличие от общей физики, где оптические потери воспринимаются как несовершенный компонент оптической системы. "Скрытое благословение" - это то, что поначалу кажется катастрофой, но в конечном счете приводит к удаче. Эта исследовательская история - скрытое благословение в физике.

Профессор Джунсук Ро (факультеты машиностроения и химической инженерии) из POSTECH и кандидаты наук Хонен Чжон и Сокву Ким (машиностроение) из POSTECH, а также проф. Юнмин Лю (Yongmin Liu) из Северо-Восточного университета (NEU) в Бостоне и их совместная исследовательская группа смогли управлять направлением световых лучей, используя неэрмитовы системы метарешеток. Статья была опубликована в Научные достижения, международный академический журнал.

Когда свет падает на металлическую поверхность, электроны в металле коллективно колеблются как единое тело вместе со световой волной. Это явление называется поверхностным плазмонным поляритоном или SPP. "Решетчатый соединитель" широко используется в качестве вспомогательного устройства для управления направлениями SPPS. Эффективность устройства ограничена тем, что оно преобразует падающий под прямым углом свет в SPP в непреднамеренных направлениях.

Исследовательская группа применила неэрмитову теорию, чтобы преодолеть этот недостаток. Для начала команда вычислила теоретическую исключительную точку, вблизи которой происходит определенная оптическая потеря. Затем они подтвердили его эффективность с помощью экспериментов, используя специально разработанный ими неэрмитовый соединитель с метарешеткой. Мета-решетчатый соединитель доказал свою эффективность в обеспечении однонаправленного управления SSPS, что было практически невозможно с другими решетчатыми соединителями. Они также могли бы заставить свет и SPP распространяться в противоположных направлениях, контролируя размер и расстояние между метарешетками. Исследовательская группа смогла добиться преобразования падающего света в SSPS обратно в обычный свет, используя то же самое устройство с метарешеткой.

Результаты исследования могут быть полезны при исследовании квантовых сенсоров в различных областях, таких как обнаружение антигенов для диагностики заболеваний или вредных газов в атмосфере, что в сочетании с инженерными разработками может открыть двери для широкого спектра применений. Профессор Джунсук Ро, возглавлявший команду, сказал: "Это исследование вывело неэрмитову оптику на территорию наноразмеров. Это внесет вклад в разработку будущих плазмонных устройств, обладающих превосходной управляемостью направлением и производительностью".

Исследование финансировалось Национальным научным фондом США, Фондом науки и технологий Samsung и Национальным исследовательским фондом Кореи.