Физики узнали, как анизотропия и анапольное состояние влияют на фактор Парселла в кремниевой метаповерхности
Коллектив ученых из МФТИ и Индии разработал метаповерхность с уникальными электромагнитными свойствами. Эта структура многократно усиливает эффект Парселла для электрических и магнитных излучателей и открывает новые пути для создания фотонных устройств следующего поколения.
Результаты опубликованы в журнале Laser and Photonics Reviews. Метаматериал — искусственно созданная структура, состоящая из большого числа элементов — мета-атомов. Расположение мета-атомов строго задано и определяет физические свойства системы. Поскольку она имеет искусственное происхождение, то проявляются физические свойства, не характерные для природных материалов.
Например, метаматериалы могут обладать отрицательным показателем преломления, отрицательной диэлектрической или магнитной проницаемостью, эффектом суперлинзирования (способность специальных оптических систем формировать изображения с точностью, превышающим дифракционный предел), невидимости и так далее. Применения их достаточно широки и востребованы в различных областях, например, медицине, фотонике, квантовых технологиях и даже строительстве.
В своей новой работе физики смоделировали метаповерхность, в которой возможна одновременная реализация бианизотропии и анапольного состояния. В материале, обладающем свойством бианизотропии, электрическая и магнитная поляризуемости связаны и влияют друг на друга. С другой стороны, анапольное состояние характеризуется полным погашением рассеяния мета-атомом, однако электрическое поле внутри и в непосредственной близости от частицы в этом случае сильно возрастает.
Ученые показали, что если метаповерхность проявляет указанные свойства на одной и той же длине волны, наблюдается значительное усиление эффекта Парселла. Суть его заключается в изменении скорости спонтанного излучения точечного источника света, расположенного в полости резонатора.
«Метаповерхности, работающие на других эффектах для достижения высоких значений фактора Парселла, существуют. Например, анапольные, которые концентрируют электрическую энергию и увеличивают электрический фактор Парселла. Однако нам впервые удалось достигнуть столь высоких значений, причем как для электрического, так и для магнитного эффектов», — рассказал Александр Шалин, главный научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур МФТИ.
Предлагаемая структура состояла из мета-атомов в виде кремниевых нанодисков с частичной прямоугольной щелью. Из них формировалась бесконечная двумерная структура с шагом в 425 нм. Такая метаповерхность позволяет одновременно реализовать бианизотропию и анапольное состояние на одной и той же длине волны. В анапольном состоянии электрическое поле концентрируется в мета-атоме и его щели. Бианизотропия позволяет «перекачивать» часть энергии в магнитную компоненту поля внутри частицы за счет электромагнитной связи поляризуемостей. Благодаря этому описанная система обладает высокой концентрацией как электрического, так и магнитного полей внутри щели резонатора.
«Основная трудность была в реализации на одной частоте двух разных эффектов, настройке их правильного взаимодействия. Нам это удалось сделать впервые в мире, хотя, конечно, основной результат — это рост электрического и магнитного факторов Парселла», — поделился Александр Шалин.
Результаты моделирования оптического отклика показали, что описанная метаповерхность обладает одновременно бианизотропией и анапольными состоянием в диапазоне длин волн 750-805 нм. Ученые рассчитали, что такой метаматериал имеет высокий электрический фактор Парселла (примерно 450) и магнитный фактор Парселла равный примерно 1000.
Применение одновременно двух указанных явлений в кремниевых метаповерхностях значительно расширяет возможности контроля излучения квантовых источников. Новые свойства открывают дорогу к созданию оптических устройств следующего поколения для квантовых компьютеров, оптоинформационных цепей и целого ряда различных нанофотонных приложений.
«Мы хотели бы реализовать нашу метаповерхность экспериментально, все проверить, а дальше рассматривать уже конкретные применения подобных мета-атомов и структур в прикладных задачах», — рассказал Александр Шалин.
Исследование частично поддержано грантом Российского научного фонда.
Telegram 
Дзен 
VK Процессы, сопровождающие жизнь черных дыр, интересуют не только теоретиков. Ученые уже знают, что энергия и частицы могут покидать черные дыры и теперь работают над способами эту энергию использовать.
Ученые подтвердили один из самых необычных эффектов Общей теории относительности (ОТО): вращение Земли действительно «увлекает» за собой пространство-время. Новое измерение, выполненное с помощью спутника LARES-2, оказалось примерно в 10 раз точнее предыдущих и еще сильнее ограничило пространство для альтернативных теорий гравитации.
В отличие от микрочастиц, наночастицы не только эффективно проходят барьеры дыхательной системы, но и идут дальше — в мозг человека. До сих пор масштаб смертности от них был неясен. Теперь исследователи выяснили, что она доходит до миллионов человек каждый год.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно