EN
21.12.2017

На кафедре квантовой электроники разработали и изучили новые композитные 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 Александр Шорохов и Александр Мусорин, научные сотрудники кафедры квантовой электроники отдела радиофизики физического факультета МГУ.

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.

Полученные результаты являются 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.

http://www.msu.ru/science/news/fiziki-iz-mgu-razrabotali-i-izuchili-novye-kompozitnye-materialy-dlya...


Пресс-служба физического факультета МГУ