Новости

Физики разработали материалы для управления светом

Сотрудники физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с австралийскими коллегами разработали новые композитные материалы и изучили их магнитооптические свойства. Благодаря уникальному составу материала ученые могут найти новые возможности в управлении фотонными устройствами. Результаты исследований были опубликованы в журнале ACS Photonics. 

Фотонные устройства — это аналоги электронных устройств, в которых вместо электронов используются кванты электромагнитного поля — фотоны. Для эффективного (энергетически более выгодного) управления такими устройствами учёным нужны метаматериалы, которые обладают магнитными свойствами и малыми резистивными потерями. Метаматериалы — это композитные материалы, которые обладают уникальными свойствами не за счёт свойств составляющих его элементов, а благодаря искусственно созданной периодической структуре.

«Работа посвящена изучению магнитооптических эффектов в метаматериалах, совмещающих в себе свойства полностью диэлектрических структур с особенностями магнитных сред и дающих благодаря этим свойствам новые возможности и преимущество в управлении светом. Изучаемый эффект интенсивностный: он проявляется в изменении интенсивности электромагнитного излучения, прошедшего через исследуемый образец при наличии внешнего магнитного поля», — рассказали авторы статьи Мария Барсукова и Александр Мусорин, научные сотрудники кафедры квантовой электроники отдела радиофизики физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Разработанный материал — это субмикронная метаповерхность, которая представляет собой массив кремниевых нанодисков с магнитными дипольными резонансами, покрытыми тонкой пленкой никеля и расположенными на прозрачной подложке из диоксида кремния. Возможность управлять светом на наномасштабах с помощью таких систем обусловлена сильной локализацией в них электромагнитного поля. Разработанная метаповерхность увеличивает эффективность управления светом с помощью внешнего магнитного поля. Учёные отмечают, что управление откликом таких объектов с помощью внешнего магнитного поля более выгодно, чем управление с помощью электрического поля, потому что нет потерь на нагрев, которые вызваны электрическим током.

Используя накопленный опыт, авторы придумали идею, проверили её при помощи численных расчётов и оптимизировали параметры. После этого один из соавторов изготовил в Австралии образец методами плазмохимического осаждения и электронно-лучевой литографии. Далее на оборудовании МГУ учёные провели экспериментальные исследования, которые подтвердили эффекты, обнаруженные в ходе численного расчёта.

Результаты работы послужат основой для активных невзаимных фотонных наноструктур и метаповерхностей. Активные структуры — это объекты, оптические свойства которых можно изменять под внешним воздействием. В невзаимных материалах проходящий среду световой луч удваивает эффект, а не отменяет накопленный.

«Полученные в рамках данной работы результаты позволят создать компактные оптические устройства и интегрировать их на фотонном наночипе с последующим применением в будущих оптических микросхемах и в адаптивной оптике. Усиление магнитооптического отклика в предложенных структурах может быть использовано при создании магнитооптических модуляторов и изоляторов», — добавили учёные. 

Результаты данной работы также можно использовать для активных устройств плоской оптики и высокочувствительных сенсоров на их основе. Это легкие и тонкие аналоги таких объёмных оптических элементов, как линзы, фазовые маски, поляризаторы. 

Читайте также
История шестиногого монстра, созданного для армии США
История шестиногого монстра, созданного для армии США
Вооруженные силы США потратили миллионы долларов на разработку гигантских шестиногих шагающих грузовиков в 1980-х годах
Устройства для ЗОЖ. Где правда, а где ложь?
Устройства для ЗОЖ. Где правда, а где ложь?
Насколько врут умные часы и другие гаджеты для подсчета пульса, калорий, давления, шагов, жира и прочего?
Античный драматург Софокл — прадедушка фотографии и кино?
Античный драматург Софокл — прадедушка фотографии и кино?
Почему в Античности не додумались создать фотоаппарат?