Ученые-физики из Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California, San Diego) и Городского университета Гонконга (City University of Hong Kong) обнаружили новый вид электромагнитных волн, называемых линейными волнами (line wave), которые распространяются строго вдоль линии бесконечно малой толщины, которая является границей двух смежных поверхностей с различными электромагнитными свойствами. Ученые считают, что такой вид волн будет полезен для технологий эффективного направления и концентрации электромагнитной энергии, которые, в свою очередь, можно будет использовать в фотонике и квантовой оптике.

«Линейные волны — это первый вид электромагнитных волн, распространение которых контролируется при помощи бесконечно малого одномерного объекта» — пишут исследователи, — «Волноводом для данного типа волн является линия границы между двумя смежными поверхностями. И все это приводит к такой высокой концентрации электромагнитных полей, которая приближается к максимальному теоретически возможному пределу».

У линейных волн присутствует одна уникальная особенность, эти волны с противоположной поляризацией могут распространяться только в противоположном направлении. Это означает, что дефекты идеальной линии волновода не могут рассеивать и отражать волны назад в сторону их источника. Все это напоминает недавно найденные фотонные топологические изоляторы, но у линейных волн, по сравнению с ними имеются преимущества, такие, как более широкая полоса пропускания.

Расчеты математических моделей, проведенные физиками, показали, что линейные волны могут распространяться не только вдоль прямых линий границ поверхности. Они также будут распространяться вдоль изогнутых границ, расщепляться и совершать достаточно крутые повороты.

Сейчас ученые-физики начинают реализацию двух новых проектов, связанных с линейными волнами. Первая работа будет нацелена на повышение частоты линейных волн до частот оптического диапазона и разработку новых фотонных компонентов, таких как оптические изоляторы, модуляторы и т.п. За счет использования особенностей линейных волн такие компоненты будут работать с большей эффективностью, нежели обычные фотонные компоненты, и на основе таких компонентов можно будет создавать переконфигурируемые оптические схемы.

Цель второй работы будет прямо противоположна цели первой работы. Ученые попытаются создать более низкочастотные линейные акустические волны, линейные фононы. Это, в свою очередь, позволит создать новые материалы, позволяющие контролировать вибрацию, распространение звука и процесс переноса тепла.