Новый материал для управления электромагнитными волнами
Ученые из Санкт-Петербурга и США разработали уникальный материал, способный "идеально" проводить электромагнитные волны и эффективно контролировать их распространение. Эта инновация обещает стать основой для сверхнадежных линий связи и оптических устройств нового поколения.
Эволюция топологических изоляторов
Два года назад коллектив физиков из Университета ИТМО и их международные партнеры представили первый в мире "трехмерный" топологический изолятор для управления светом. Такие материалы проводят ток только на поверхности, сохраняя изолирующие свойства внутри. Долгое время их применение для передачи света и волн сдерживали крупные габариты конструкций и значительные энергопотери.
Метаматериалы: ключ к прогрессу
Поворотным моментом стало создание российскими физиками в 2015 году двумерной топологической структуры для света. Вдохновением послужили теоретические идеи Александра Ханикаева, профессора Городского университета Нью-Йорка, указавшего на потенциал метаматериалов. Эти искусственные структуры из множества наночастиц или фрагментов вещества особым образом взаимодействуют со светом и излучением. Их изготавливают как из металлов, так и из диэлектриков, например, диоксида кремния.
От микроволн к свету: решение найдено
Первоначальный "трехмерный" материал Ханикаева и коллег, созданный из металлических частиц, эффективно работал с микроволнами, но не подходил для видимого света из-за сильного нагрева. Российские ученые совместно с зарубежными специалистами, при поддержке Российского научного фонда, нашли решение. Они создали аналогичную метаструктуру из миниатюрных керамических дисков. Каждый диск действует как искусственный атом, взаимодействующий со светом.
Принцип работы и преимущества
Диски расположены на расстоянии меньше длины волны видимого света. Все "мета-атомы" идентичны, но по-разному ориентированы: в одной зоне структуры – вверх, в другой – вниз. Эта особенность позволяет микроволнам и видимому свету распространяться вдоль границ между зонами без потерь энергии и рассеивания.
Перспективы и будущие шаги
Пока успешно подтверждена работа с микроволнами. В ближайшее время ученые планируют эксперименты с видимым светом. Это откроет путь к созданию компактных, мощных и энергоэффективных оптических приборов на основе диэлектриков, таких как оксид кремния.
"На базе данной разработки мы уже подготовили новый эксперимент с мета-атомами упрощенной формы, которую легче воспроизвести в наномасштабе. Это позволит реализовать передовые оптические устройства с защищенными краевыми состояниями в оптическом диапазоне", — подчеркивает Алексей Слобожанюк, научный сотрудник Университета ИТМО.
Иллюстрация: Алексей Слобожанюк и диэлектрическая метаповерхность в сборке © Фото : Алексей Слобожанюк.
Источник: scientificrussia.ru
