Физики из Московского физико-технического института (МФТИ) создали математическую модель, ускоряющую проектирование различных оптических устройств, построенных на базе метаматериалов или графена.

По словам сотрудника института Алексея Щербакова, оптические элементы этих устройств можно представить составленными из более простых блоков.

«Если мы знаем матрицу рассеивания этого блока, то нам уже неважно, из чего он состоит и какими размерами обладает. Зная матрицы разных блоков, мы можем их комбинировать с помощью достаточно простого правила», - пояснил ученый, отметив, что это более высокий уровень абстракции, чем модельное описание микроскопических параметров оптических подсистем.

Метаматериалы – искусственные структуры, состоящие из множества отдельных кусочков или наночастиц, необычным образом взаимодействующих со светом. Именно они, по мнению ученых, станут основой сверхбыстрых световых компьютеров будущего и других футуристичных гаджетов.

Дело в том, что поведение света внутри метаматериалов значительно сложнее просчитать, чем в «обычных» оптических приборах. Их составные части имеют неправильную или просто сложную форму, из-за чего они взаимодействуют со светом не так, как на это указывает классическая оптика.

По этой причине ученым во всем мире приходится просчитывать поведение лучей света на микроскопическом уровне с помощью уравнения Максвелла, описывающее поведение электромагнитных волн.

Специалисты МИФИ упростили эту задачу, разработав математическую модель и набор формул, позволяющих вычислить матрицу рассеивания.

С помощью этой модели инженер может вычислить то, как свет будет вести себя внутри метаматериала только по его свойствам, не просчитывая полностью взаимодействие его волн с «кубиками» материала.

Физики рассчитывают, что их открытие можно будет использовать при создании «бытовых» оптических устройств, построенных на базе метаматериалов или «плоских» двумерных соединений, таких как графен.