Российские физики предложили новый «многоцилиндровый» метаматериал

Физики из Столичного физтех института и Института теоретической физики имени Л. Д. Ландау РАН внесли предложение устройство нового двумерного метаматериала, владеющего отрицательным коэффициентом преломления. Его рабочий диапазон может лежать в видимой области, соответствующей фиолетовому и голубому частям спектра. Авторы предполагают, что в будущем такие материалы смогут быть использованы в чипах фотонных компьютеров.

Изучение размещено в издании Optical Material Express.

Предлагаемый материал складывается из упорядоченного массива пар серебряных цилиндров, поделённых маленькими промежутками. При поглощении цилиндрами кванта света, в них появляются коллективные колебания электронов — плазмоны. После этого происходит переизлучение квантов света, направление которого зависит от строения метаматериала.

Наряду с этим любая пара цилиндров выступает как вторичный источник излучения, другими словами результирующее излучение описывается законами дифракции.

отражения лучей и Фазовые картины преломления света, попавших на метаматериал. Изображение: Sergey Belan et al. / Optical Materials Express, 2015

Физики посредством компьютерного моделирования выяснили, при каких размерах цилиндров и расстояниях между ними переизлучение происходит так, как будто бы бы свет прошел через среду с отрицательным коэффициентом преломления. В противном случае говоря, авторы получали того, дабы фотоны, падавшие на материал под определенным углом отражались либо преломлялись в «неправильную» сторону.

Оказалось, что эффективность отражения либо преломления зависит от того, как как раз расположены цилиндры в парах: в плоскости материала либо приятель над втором. Изменение геометрии приводило к трансформации работы материала от «неправильно» отражающего к преломляющему.

Строение метаматериала и направление аномальных и обычных отраженных и преломленных лучей. Изображение: Sergey Belan et al. / Optical Materials Express, 2015

Для длины волны излучения в 440 нанометров оптимальные параметры для преломляющего материала таковы: протяженность цилиндров образовывает около 310 нанометров, радиус 53 нанометра, а расстояние в пар — 1,9 нанометра. Цилиндры наряду с этим находятся в плоскости материала. Авторы отмечают, что изготовить материал с идеально ровными наноцилиндрами, поделёнными строго заданным расстоянием, весьма тяжело.

Но, при успехе, эффективность аномального преломления в нем может быть около 70 процентов, для отражающего аналога — 80 процентов. Теоретически, вероятно добиться и 100-процентной эффективности, но этому мешает электрическое сопротивление металла.

Метаматериалами именуются те материалы, свойства которых обусловлены их геометрической структурой, нежели веществом, из которого они изготовлены. Среды с отрицательным коэффициентом преломления — один из видов этих материалов. В отличие от привычных сред, преломление и отражение в них происходит в том же направлении, откуда пришел луч.

Это ведет к необыкновенным эффектам, например, плоская пластинка из метаматериала оказывается собирающей линзой.

Первые примеры материалов с отрицательным коэффициентом преломления представляли собой периодические массивы маленьких С-образных антенн. В отличие от предложенной авторами среды, они имели возможность трудиться только с микроволновым излучением. Одним из применений, разрабатываемых для таких объектов, есть микроскопия с разрешением превышающим дифракционный предел.

Помимо этого, на базе метаматериалов вероятно создание плащей-невидимок.

Создатель: Владимир Королёв

Случайные записи:

• Разработана система регенерации тканей человеческого тела
• Сибирские ученые создали кристаллы, расширяющие возможности лазеров

Русские ученые-физики, получившие Нобеля

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Физики мфти предсказали существование необычных оптических композитов

  МОСКВА, 6 мар – РИА Новости. Российские физики предсказали существование необыкновенных кристаллов, в которых лучи света будут преломляться неодинаковым…

• Российские физики измерили загрязнение жидкости с помощью голограмм

  Физики из университета ИТМО создали экспресс-способ определения распределения частиц в оптически-прозрачных средах на базе голограмм. Способ окажет…

• Российские физики участвуют в создании крупнейшего глубоководного нейтринного телескопа

  Сотрудники НИИЯФ МГУ и кафедры неспециализированной ядерной физики физфака МГУ участвуют в проектах, которые связаны с глубоководными нейтринными…

• Новый родственник электричества

  У электричества показалась новая младшая сестра – магнетричество. Команда физиков в Англии создала магнитные заряды с изолированными северными и южными…