Появятся новые нанофотонные и оптические устройства
МОСКВА, 11 апреля. /ТАСС/. Исследователи из России и Китая впервые детально просчитали то, как ведут себя большие, но конечные наборы из схожих наноцилиндров и других объектов, активно взаимодействующих со светом и электромагнитными волнами. Эти расчеты помогут создать уникальные нанофотонные и оптические приборы, сообщил Центр научной коммуникации МФТИ.
"Можно представить себе оптический чип, где в разных его частях расположены цепочки наноцилиндров разной длины. Каждая цепочка будет действовать как фильтр или резонатор с уникальными, точно заданными параметрами, что позволяет реализовать сложную обработку оптического сигнала на одном кристалле. Управление движением света в цепочках наноэлементов может быть использовано для создания волноводов и переключателей на фотонных интегральных схемах", - пояснил ведущий научный сотрудник МФТИ Денис Баранов, чьи слова приводит Центр научной коммуникации вуза.
Как отмечают исследователи, в последние несколько десятилетий ученые активно разрабатывают различные оптические устройства, построенные на базе большого числа наночастиц, необычным образом взаимодействующих со светом. Это позволяет создавать "плоские" линзы, материалы с отрицательным коэффициентом преломления и микроскопы, способные "нарушать" законы оптики и получать сверхчеткие изображения.
По словам исследователей, одним из самых перспективных и интересных материалов такого рода являются конструкции, состоящие из множества наноцилиндров - параллельных стержней из стекла или кремния. При определенном числе, толщине и расположении этих цилиндров их комбинации начинают особенно сильно взаимодействовать с излучением на определенных частотах и пропускать свет через себя в узких диапазонах длин волн, что делает их интересными для создания большого числа оптических приборов.
Для решения этой задачи российские и китайские ученые просчитали то, как меняются свойства набора из наноцилиндров с разным числом этих структур. Для проведения подобных расчетов исследователи разработали комбинированный подход, учитывающий как коллективные, так и индивидуальные особенности взаимодействия цилиндров со светом. Эти расчеты помогли ученым раскрыть причину того, почему цепочка из наноцилиндров становится более прозрачной при увеличении их числа, а также раскрыть необычно сильное влияние подложки на оптические свойства массивов из этих наноструктур.
"Мы часто изучаем идеализированные бесконечные структуры, но реальные устройства всегда конечны. Наша работа построила мост между этими мирами и показала, как удивительные коллективные оптические эффекты, такие как идеальная прозрачность на определенных частотах, постепенно "включаются" по мере добавления элементов в цепочку. Понимание этой эволюции критически важно для дизайна реальных нанофотонных компонентов", - подытожил Баранов.