Suppression of scattering for small dielectric particles: Anapole mode and invisibility

We reveal that an isotropic, homogeneous, subwavelength particle with high refractive index can produce ultra-small total scattering. This effect, which follows from the inhibition of the electric dipole radiation, can be identified as a Fano resonance in the scattering efficiency and is associated with the excitation of an anapole mode in the particle. This anapole mode is non-radiative and emerges from the destructive interference of electric and toroidal dipoles. The invisibility effect could be useful for the design of highly transparent optical materials.B.L., R.P.-D. and A.I.K. acknowledge support by DSI core funds and an A*STAR Science and Engineering Research Council (SERC) Pharos grant no. 1527000025. A.E.M. and Y.S.K. were supported by the Australian Research Council

Antiferromagnetic order in hybrid electromagnetic metamaterials

We demonstrate experimentally a new type of order in optical magnetism resembling the staggered structure of spins in antiferromagnetic ordered materials. We study hybrid electromagnetic metasurfaces created by assembling hybrid meta-atoms formed by metallic split-ring resonators and dielectric particles with a high refractive index, both supporting optically-induced magnetic dipole resonances of different origin. Each pair (or 'metamolecule') is characterized by two interacting magnetic dipole moments with the distance-dependent magnetization resembling the spin exchange interaction in magnetic materials. By directly mapping the structure of the electromagnetic fields, we demonstrate experimentally that strong coupling between the optically-induced magnetic moments of different origin can flip the magnetisation orientation in a metamolecule creating an antiferromagnetic lattice of staggered optically-induced magnetic moments in hybrid metasurfaces

Magnetic light and all-dielectric nanophotonics

We review a new, rapidly emerging field of all-dielectric nanophotonics aimed at manipulating strong optically-induced electric and magnetic resonances in high-refractive-index dielectric and semiconductor nanostructures. Unique advantages of dielectric nanostructures over metallic plasmonic structures are their low dissipative losses that provide new and competitive alternatives for nanoantennas and optical metamaterials. We will demonstrate that resonances in such dielectric nanostructures can boost performance of many photonic devices in the visible and near-IR frequency spectra

Antiferromagnetic order in hybrid electromagnetic metamaterials

We demonstrate experimentally a new type of order in optical magnetism resembling the staggered structure of spins in antiferromagnetic ordered materials. We study hybrid electromagnetic metasurfaces created by assembling hybrid meta-atoms formed by metallic split-ring resonators and dielectric particles with a high refractive index, both supporting optically-induced magnetic dipole resonances of different origin. Each pair (or 'metamolecule') is characterized by two interacting magnetic dipole moments with the distance-dependent magnetization resembling the spin exchange interaction in magnetic materials. By directly mapping the structure of the electromagnetic fields, we demonstrate experimentally that strong coupling between the optically-induced magnetic moments of different origin can flip the magnetisation orientation in a metamolecule creating an antiferromagnetic lattice of staggered optically-induced magnetic moments in hybrid metasurfaces.Published versio

Розробка моделі надійності складної технічної системи багаторазового використання зі складним режимом роботи

Solving the problems of setting requirements to the reliability of complex technical systems for various purposes presupposes their classification according to the features characterizing the purpose, modes of use, etc. According to the modes of use, systems are divided into objects of continuous long-term use, repeated cyclic use, and single-use. The objects of repeated cyclic use include the systems operating in cycles. Durations of the periods of work and pause in the cycle are considered deterministic values. Technological and/or technical maintenance is carried out in pauses between the operation periods.In addition to the known classification, it was proposed to introduce a group of systems of repeated use with a complex operating mode. A complex mode is understood as a mode that includes waiting for a request of the system use and executing the request after it arrives at a random time.An analytical model of reliability of such a system has been developed in the form of a ratio for a non-stationary total coefficient of operational readiness. This model describes the processes of the system functioning in the intervals of waiting and use. In this case, the duration of the intervals of waiting and/or execution of the request are random values.Ratios for this indicator were obtained for three options of specifying the functions of distribution of durations of waiting in a turn-on condition and fulfilling the request for use.The developed model makes it possible to set requirements for reliability and maintainability of the systems with a complex operating mode.The results of modeling the dependences of the operational indicators of reliability on parameters of the functions of distribution of durations of waiting and executing the request were obtained for different distributions. Recommendations were formulated concerning the substantiation of the requirements to reliability and maintainability of the systems under considerationРешение задач задания требований к надёжности сложных технических систем различного назначения предполагает их классификацию по признакам, характеризующим назначение, режимы применения и др. По режимам применения системы подразделяют на объекты непрерывного длительного применения, многократного циклического применения и однократного применения. К объектам многократного циклического применения относят системы, работающие циклами. Продолжительности периода работы и паузы в цикле считаются детерминированными величинами. В паузах между периодами работы осуществляется технологическое и (или) техническое обслуживание.Предложено дополнительно к известной классификации ввести группу систем многократного применения со сложным режимом работы. Под сложным режимом понимается режим, включающий ожидание заявки на применение системы и выполнение заявки после её поступления в случайный момент времени.Разработана аналитическая модель надёжности такой системы в виде соотношения для нестационарного полного коэффициента оперативной готовности. Эта модель описывает процессы функционирования системы на интервалах ожидания и применения. При этом продолжительности интервалов ожидания и (или) выполнения заявки являются случайными величинами.Получены соотношения для этого показателя при трёх вариантах задания функций распределения продолжительностей ожидания во включенном состоянии и выполнения заявки на применение.Разработанная модель позволяет задавать требования к безотказности и ремонтопригодности систем со сложным режимом работы.Получены результаты моделирования зависимостей оперативных показателей надежности от параметров функций распределения продолжительности ожидания и выполнения заявки для разных распределений. Сформулированы рекомендации по обоснованию требований к безотказности и ремонтопригодности рассматриваемых системРішення задач задання вимог до надійності складних технічних систем передбачає їх класифікацію за ознаками, що характеризують призначення, режими застосування та ін. За режимами застосування системи підрозділяють на об'єкти безперервного тривалого застосування, багаторазового циклічного застосування і одноразового застосування. До об'єктів багаторазового циклічного застосування відносять системи, що працюють циклами. Тривалості періоду роботи і паузи в циклі вважаються детермінованими величинами. Запропоновано додатково до відомої класифікації ввести групу систем багаторазового застосування зі складним режимом роботи. Під складним режимом розуміється режим, що включає очікування заявки на застосування системи і виконання заявки після її надходження в випадковий момент часу.Розроблено аналітичну модель надійності такої системи у вигляді співвідношення для нестаціонарного повного коефіцієнта оперативної готовності. Ця модель описує процеси функціонування системи на інтервалах очікування та застосування. При цьому тривалості інтервалів очікування і(або) виконання заявки є випадковими величинами.Отримано співвідношення для цього показника при трьох варіантах задання функцій розподілу тривалостей очікування у включеному стані і виконання заявки на застосування.Розроблена модель дозволяє задавати вимоги до безвідмовності і ремонтопридатності систем зі складним режимом роботи.Отримано результати моделювання залежностей оперативних показників надійності від параметрів функцій розподілу тривалості очікування і виконання заявки для різних розподілів. Сформульовані рекомендації щодо обґрунтування вимог до безвідмовності та ремонтопридатності систем, що розглядаютьс

Developing the Model of Reliability of A Complex Technical System of Repeated Use with A Complex Operating Mode

Solving the problems of setting requirements to the reliability of complex technical systems for various purposes presupposes their classification according to the features characterizing the purpose, modes of use, etc. According to the modes of use, systems are divided into objects of continuous long-term use, repeated cyclic use, and single-use. The objects of repeated cyclic use include the systems operating in cycles. Durations of the periods of work and pause in the cycle are considered deterministic values. Technological and/or technical maintenance is carried out in pauses between the operation periods.In addition to the known classification, it was proposed to introduce a group of systems of repeated use with a complex operating mode. A complex mode is understood as a mode that includes waiting for a request of the system use and executing the request after it arrives at a random time.An analytical model of reliability of such a system has been developed in the form of a ratio for a non-stationary total coefficient of operational readiness. This model describes the processes of the system functioning in the intervals of waiting and use. In this case, the duration of the intervals of waiting and/or execution of the request are random values.Ratios for this indicator were obtained for three options of specifying the functions of distribution of durations of waiting in a turn-on condition and fulfilling the request for use.The developed model makes it possible to set requirements for reliability and maintainability of the systems with a complex operating mode.The results of modeling the dependences of the operational indicators of reliability on parameters of the functions of distribution of durations of waiting and executing the request were obtained for different distributions. Recommendations were formulated concerning the substantiation of the requirements to reliability and maintainability of the systems under consideratio

Creation of a needle of longitudinally polarized light in vacuum using binary optics

10.1038/nphoton.2008.127Nature Photonics28501-50