Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Под контролем тепла: наноструктурированная поверхность позволила менять поляризацию света по команде
Международный коллектив ученых из Российского квантового центра, МФТИ, МГУ имени М.В. Ломоносова и Университета электронных наук и технологий Китая создал уникальную наноструктурированную поверхность, которая позволяет динамически управлять одним из фундаментальных свойств света — его поляризацией — с помощью обычного нагрева. Исследователи продемонстрировали, что можно не только изменять величину вращения плоскости поляризации света, но и его направление. Это открывает путь к созданию перестраиваемых оптических компонентов, сверхбыстрых модуляторов света и высокочувствительных сенсоров нового поколения.
Эффект Фарадея, открытый почти два века назад, описывает вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света при его прохождении через материал, намагниченный вдоль направления распространения света под действием внешнего магнитного поля. Это явление лежит в основе важнейших оптических устройств, таких как оптические изоляторы, заставляющие свет двигаться только в одном направлении, подобно диоду в электронике. Однако в большинстве материалов магнитооптические свойства — константа, «зашитая» в их структуру при изготовлении. Создать материал, чьими магнитооптическими характеристиками можно было бы управлять «на лету», — одна из ключевых задач современной фотоники, решение которой позволит перейти от статичных оптических элементов к полностью реконфигурируемым системам.
Чтобы решить эту задачу, команда ученых обратилась к концепции метаповерхностей — искусственных структур, чьи оптические свойства определяются не столько химическим составом, сколько геометрией наноструктур на их поверхности. Исследователи создали своего рода наноразмерный «бутерброд»: на тонкую пленку из магнитного материала (феррит-граната, легированного диспрозием и церием) они нанесли упорядоченный массив крошечных цилиндров из кремния. Диаметр каждого цилиндра составляет всего 280 нанометров. Работа опубликована в журнале Physical Review Applied.
Эти кремниевые наноцилиндры работают как резонаторы, захватывая свет и многократно усиливая его взаимодействие с магнитной пленкой. Благодаря этому даже слабые собственные магнитооптические эффекты пленки многократно возрастают на определенных резонансных длинах волн.
Ключевое открытие ученые сделали, начав нагревать созданный образец. Оказалось, что даже небольшое изменение температуры кардинально меняет поведение метаповерхности. В ходе эксперимента, нагревая структуру от комнатной температуры (294 К, или 21°C) до 488 К (215°C), физики наблюдали поразительный эффект. На длине волны света 945 нанометров при комнатной температуре поляризация поворачивалась в одну сторону (условно, «влево» на -0.3 градуса). Однако по мере нагрева угол поворота сначала уменьшался до нуля, а затем начинал расти в противоположном направлении, достигая положительного значения (+0.1 градуса) при максимальной температуре. Таким образом, ученые впервые продемонстрировали возможность полного обращения знака эффекта Фарадея с помощью внешнего управления.
Полина Зорина, аспирантка МФТИ, научный сотрудник Российского квантового центра, прокомментировала: «Обычно, когда мы создаем метаповерхность, ее свойства, включая магнитооптический отклик, заданы раз и навсегда геометрией наноструктур. Нам удалось «оживить» метаповерхность, сделав ее управляемой. Нагрев немного меняет оптические свойства кремния и граната, но из-за резонансной природы нашей структуры даже эти малые изменения приводят к гигантскому сдвигу в магнитооптическом отклике. Самое поразительное — мы смогли не просто «приглушить» или «усилить» эффект, а полностью инвертировать его знак, что ранее было невозможно сделать в динамическом режиме. Это открытие — не просто красивая физика, оно имеет огромное прикладное значение. Мы продемонстрировали, что можно управлять светом с помощью другого луча света, который просто нагревает нужный участок. Это основа для полностью оптических переключателей и модуляторов. Кроме того, такая чрезвычайная чувствительность к температуре делает нашу метаповерхность идеальной платформой для создания миниатюрных, сверхточных сенсоров, способных улавливать тысячные доли градуса».
Новизна работы заключается не только в самом факте управления, но и в способе его реализации. Поскольку нагрев можно осуществлять с помощью сфокусированного лазерного луча, появляется возможность локально изменять свойства метаповерхности в областях размером в единицы микрометров.
Сфокусированный лазерный луч позволяет создавать на одном и том же чипе сложные пространственные «узоры» из областей с разным магнитооптическим откликом, которые можно перерисовывать в реальном времени.
Практические применения предложенной метаповерхности многообразны. Помимо создания полностью оптических транзисторов, где один «управляющий» лазер меняет поляризацию другого, «сигнального», возможен и эффект самомодуляции. Достаточно мощный лазерный импульс может сам нагреть материал при прохождении через него и, таким образом, изменить свою собственную поляризацию. Кроме того, разработанная структура — высокочувствительный сенсор. Ее резонансы чувствительны не только к температуре, но и к показателю преломления окружающей среды, что позволяет детектировать присутствие мельчайших концентраций различных веществ в газе или жидкости. В будущем подобные управляемые метаповерхности могут стать ключевыми элементами для систем оптической обработки информации, лидаров и биосенсорных чипов.
Telegram 
Дзен 
VK В нервной системе пациентов с этим заболеванием обнаружили значительные скопления иммунных клеток, нацеленных на вирус. Это может свидетельствовать о том, что вирус Эпштейна — Барр способен активно провоцировать иммунную систему.
Канализационный коллектор — скрытый источник загрязнения воздуха в городе. Через его вентиляционные шахты накопленный сероводород и другие агрессивные газы вместе с патогенной микрофлорой выталкиваются на поверхность при сверхплановом заполнении. Эта ядовитая смесь вредит здоровью людей и разъедает бетонные конструкции канализаций. Существующие сегодня защитные механизмы и дорогостоящие вентиляционные системы очистки имеют ограничения: конечные фильтры при достижении пиковой концентрации опасных испарений уходят в аварийный режим. Ученые ПНИПУ и компании «Вентмонтаж» разработали новое решение на основе гидрофильтра. Внедрение системы избавит воздух на 96,8% от механических примесей и на 65% снизит выброс агрессивных газов, а с помощью озонатора обеспечит полное обеззараживание.
Анализ грунта, доставленного с астероида Бенну миссией NASA OSIRIS-REx, показал, что аминокислоты в космосе могут образовываться не только в горячих недрах небесных тел, но и в глубоком холоде. Сравнив образцы Бенну с метеоритом Мурчисон, ученые выяснили, что простейшая аминокислота — глицин — имеет разную химическую историю. Если в метеорите она синтезировалась в теплой жидкой воде, то на Бенну возникла в первичных льдах еще до формирования Солнечной системы.
В 1980-х годах большую популярность приобрела борьба с озоновыми дырами. Из-за нее хладагенты из хлорфторгулеродов заменили на аналоги из гидрофторуглеродов. Теперь ученые выяснили, что эта замена — как и следующие за ней, уже в рамках борьбы с глобальным потеплением — ведет к накоплению в атмосфере довольно опасных «вечных химикатов».
Паническое расстройство характеризуется физическим напряжением, усиленным сердцебиением и одышкой. Ученые из Бразилии нашли способ бороться с этим недугом, создавая схожее физическое напряжение, но в спокойной и контролируемой обстановке — во время физупражнений.
Латентный железодефицит и железодефицитная анемия остаются одними из самых распространенных патологических состояний. Пациенты нередко задаются вопросом: возможно ли скорректировать дефицит железа, лишь обогатив рацион железосодержащими продуктами, вроде красного мяса, свеклы, гранатов? Несмотря на логичность этого подхода, современные клинические рекомендации единодушно указывают на его несостоятельность в качестве основного лечения.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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