20 июл 2023 185

Загадочные метаповерхности: как изменение положения частиц позволяет создавать более эффективные лазеры и чувствительные сенсоры

Ученые ИТМО разработали новый подход к созданию метаматериалов, позволяющий усилить взаимодействие света с веществом. Исследование проведено совместно с учеными из Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН. Результаты исследования опубликованы в журнале Nano Letters.

Метаматериалы — искусственные материалы, созданные с определенной структурой, поведение света в которых является определенным и контролируемым. Однако, чтобы создать метаматериалы с требуемыми свойствами, требуется точная и сложная настройка каждой частицы в структуре. Именно поэтому исследователи предлагают использовать совершенно новый подход.

Вместо изменения положения всех частиц в структуре, ученые предлагают изменять положение только некоторых из них, поворачивая их под большим углом. Это не требует такой высокой точности и позволяет использовать более доступное оборудование, что открывает новые возможности для промышленного применения данной технологии.

Наша работа открывает дверь для создания более передовой оптической технологии, которая может быть использована в различных областях, от сенсорики до световой передачи. Мы планируем продолжать исследование и хотим применить наш подход для света циркулярной поляризации — когда направление электромагнитного поля двигается по спирали, а не по прямой. Такой свет хорошо взаимодействует с закрученными в спираль молекулами. Молекулы могут быть закручены в разных направлениях — и в зависимости от этого могут быть как ядом, так и лекарством для человека, поэтому важно уметь их различать. Если мы создадим структуры, которые поддерживают электромагнитный свет, закрученный только в одну сторону, то научимся различать эти молекулы — в частности, это пригодится в сенсорике

— Михаил Рыбин, один из авторов исследования.

Исследователи выявили, что при таком подходе достигается такая же эффективность связи света и вещества, как и при изменении положения всех частиц. Такая методология представляет большой потенциал для создания более чувствительных сенсоров и снижения требований к среде излучения лазеров. Уменьшение потребления энергии и уменьшение размеров лазеров также станут возможными благодаря использованию данной технологии. Это открывает новые возможности для разработки компактных источников света.

Исследователи планируют продолжать исследования и применить полученные результаты для разработки компактных и эффективных устройств нелинейной оптики, которые используются, например, в оптоволоконной связи для передачи большего объема информации.