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 Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили математическую модель, которая позволяет понять, как взаимодействие между сообществами влияет на их устойчивость. Работа основана на классической теории эволюционных игр и демонстрирует неожиданный эффект: даже небольшое информационное воздействие одного сообщества на другое может привести к тому, что одно из них сохранит внешнюю стабильность, а в другом начнутся хаотические изменения на уровне отдельных участников.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
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.
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