• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
25.07.2022
СФУ
369

Изучен оптический эффект, который поможет создать новые сенсоры

4.6

Ученые Сибирского федерального университета в составе международного научного коллектива впервые экспериментально обнаружили хиральный таммовский плазмон-поляритон, локализованный на границе холестерического жидкого кристалла и метаповерхности. На основе обнаруженного эффекта можно сконструировать целый спектр новых устройств фотоники, в частности, био- и температурные сенсоры, позволяющие получать данные анализа в домашних условиях, а также лазерные радары и микролазеры с «закрученным» лучом.

Хиральные фотонные структуры на крыльях бабочки / ©Getty images

Классический таммовский плазмон-поляритон — это световая волна, «запертая» между тонкой металлической пленкой и многослойным отражателем. Такая волна становится хиральной, когда в качестве отражателя используется среда, не обладающая зеркальной симметрией. Например, холестерический жидкий кристалл, состоящий из ориентированных продолговатых молекул, направление которых «закручивается» в пространстве подобно винтовой спирали, похожей на спираль ДНК.

Металлическое зеркало в этом случае малопригодно, потому что при отражении от него волна меняет направление поляризации. Например, падающий свет правой круговой поляризации отражается уже с левой круговой поляризацией. По этой причине световая волна не «запирается», а постоянно «просачивается» сквозь жидкий кристалл. Эту проблему можно решить, заменив металлическую пленку на метаповерхность – искусственно созданный массив метаатомов – субволновых элементов, размеры которых меньше длины волны света.

Сибирские исследователи показали, что длину волны хирального таммовского плазмон-поляритона можно перестраивать за счет изменения температуры окружающей среды. По мнению ученых, этот эффект может лечь в основу современных сенсоров для проведения медицинских анализов. Статья опубликована в авторитетном журнале Materials.

«Нами была изготовлена метаповехность, состоящая из золотых нанокирпичей 190 на 70 на 70 нанометров, расположенных на 100-нанометровом слое диоксида кремния (SiO₂), нанесенного на отражающую золотую пластинку толщиной 200 нм. При этом нанокирпичи развернуты на 45 градусов относительно ориентации жидкого кристалла.

Соединение такой метаповерхности с холестерическим жидким кристаллом позволило «запереть» свет с правой круговой поляризацией, в то время как лево-поляризованный свет смог беспрепятственно «утекать» через структуру», — объяснил доцент кафедры электротехнологии и электротехники, научный сотрудник лаборатории нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Рашид Бикбаев.

Исследователи также продемонстрировали, как можно изменить длину волны хирального таммовского плазмон-поляритона, регулируя температуру окружающей среды. Например, повышение температуры всего на три градуса (с 26о до 29о С) смещает длину волны локализованного состояния более чем на 100 нанометров.

«В природе хиральные фотонные структуры можно наблюдать на синеватых листьях папоротника и еловой хвое, в кожице некоторых ягод и блестящих на солнце покровах жуков и бабочек. В то же время, экспериментальная реализация искусственных аналогов таких структур — кропотливая и трудоемкая работа. Строится теоретическая модель, находятся подходящие материалы и технологии. В случае хиральных таммовских плазмон-поляритонов нами было испробовано несколько экспериментальных схем с различными типами анизотропных зеркал на основе нанокомпозитов, мультислоев, метаповерхностей.

И вот, после пяти лет поисков, эта красивая идея нашла свое воплощение», — рассказал руководитель научного коллектива с российской стороны, профессор кафедры теоретической физики и волновых явлений, заведующий лаборатории нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Иван Тимофеев. В состав научного коллектива также вошли ученые Института физики имени Л. В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН и Национального университета Ян-Мин Чао-Тун (Тайвань).  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сибирский федеральный университет — высшее учебное заведение, расположенное в Красноярске. Первый в России федеральный университет. Крупный научно-исследовательский и образовательный центр в России. Крупнейший университет восточной части России.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 07:30
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

Вчера, 17:08
Ольга Иванова

Канадские исследователи изучили поведение приматов в естественной среде обитания и пришли к выводу, что те из них, кто имеет врожденные аномалии или покалечен в процессе жизни, вполне неплохо адаптируются к своим недостаткам. Они не только выживают, но и размножаются. Более того, им активно помогают сородичи.

Позавчера, 15:07
Андрей

Французские геологи проанализировали состав нитратов в вулканических отложениях времен неогена и выяснили, что возникающие в облаках пепла молнии могли фиксировать атмосферный азот. Исследователи обнаружили несколько свидетельств, указывающих на то, что нитраты в отложениях образовались именно из атмосферного азота.

Позавчера, 07:30
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

16 февраля
Мария Азарова

Целью нового исследования было понять, какие бактерии полости рта отвечают за продукцию метантиола, или метилмеркаптана — бесцветного токсичного газа с сильным и неприятным запахом, напоминающим зловоние гнилой капусты.

19 февраля
Полина

Подростки чаще пробуют писать музыку, если у них есть возможность получать соответствующее дополнительное образование, а также когда они чувствуют поддержку и преемственность. При этом есть пять типовых траекторий, которые приводят к собственному творчеству.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

Позавчера, 07:30
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

23 января
Алиса Гаджиева

Авторы нового исследования рассказали, какой из современных напитков надо попробовать, чтобы почувствовать себя жителем Римской империи.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: