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 Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Пока мир спорит, кто первым внедрил высокие технологии, археологи НовГУ нашли ответ в Окуловском районе Новгородчины. На песчаной террасе у реки Перетны экспедиция НовГУ обнаружила стоянку эпохи мезолита — среднекаменного века (X–VI тысячелетия до нашей эры). Здесь, сразу после отступления Валдайского ледника, начал работать, без преувеличения, первый инженерный центр региона.
Лесные пожары не только загрязняют воздух, но и неожиданно помогают природе. Американские ученые выяснили, что дожди, проходящие через дымовые тучи, превращаются в настоящие питательные растворы. Очищая задымленный воздух, такие ливни смывают на землю и в водоемы главные элементы для роста растений.
Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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