В МФТИ сделали шаг к оптической инженерии будущего
Ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами из Великобритании и Сингапура открыли топологические фазовые особенности двумерных материалов. Эффект может вывести оптическую инженерию на новый технологический уровень. Использование открытия на примере биосенсоров сразу дало рекордную чувствительность.
Научная статья опубликована в Nature Communications. Если ХХ век был веком полупроводников, то ХХI век — это век двумерных материалов. Одна из самых перспективных областей применения материалов толщиной в один атом — оптика. Если вы носите очки, то знаете, что ваши линзы имеют строго определенные диоптрии, а острота вашего зрения в течение дня меняется. С помощью двумерных материалов можно сделать линзы, свойства которых можно будет менять в зависимости от изменения особенностей вашего зрения.
Одна из ключевых проблем, которая отделяет нас от этого светлого будущего, — огромная разница в 1000 раз в размерах между длинной волны света и толщиной двумерных материалов. Поэтому на данный момент эффективность двумерных материалов в оптике очень низкая.
Основное внимание в исследованиях в оптике ученые уделяют фазе волны — тому, сколько волна идет внутри материала. Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ изучают возможности «накопления фазы» в двумерном материале, то есть то, как заставить свет находиться внутри совершенно плоского материала достаточно долго для изменения работы системы. Им удалось найти нужную топологию в системе «двумерный материал — подложка».
У некоторых двумерных материалов большой оптический отклик. Например, ряд дихалькогенидов переходных металлов имеют огромный показатель преломления — более четырех. Для сравнения, у воды этот показатель — всего 1,3.
«Мы использовали дихалькогениды переходных металлов и в частности диселенид палладия. Несмотря на то, что материал всего лишь атомарной толщины, его взаимодействие со светом колоссально. Эта пленка поглощала свет вплоть до 20 процентов! Мы использовали это колоссальное взаимодействие, чтобы найти топологию, позволяющую получить фазовые изменения», — говорит Георгий Ермолаев, научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.
Двумерный материал находится на подложке, имеющей слоистую структуру. Чаще всего это она содержит оксид кремния. У этого материала совсем другой коэффициент преломления, сильно отличающийся от других. В результате подложка обладает поверхностью нулевого отражения. За счет разницы между коэффициентами преломления двумерного материала и подложки образуется резкое изменение фазы световой волны. Ученые рассмотрели разные двумерные пленки на разных подложках. Эффект оказался универсальным. В зависимости от материала длина волны, на которой происходил скачок фазы, была разной.
Алексей Арсенин, заместитель руководителя Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, рассказывает: «Двумерные материалы могут обеспечивать лишь небольшую оптическую фазовую задержку из-за того, что их толщина очень мала. Чтобы решить эту проблему, мы комбинируем пленки двумерных полупроводников с подложкой SiO2/Si. В результате получаем быстрые фазовые изменения. Кроме того, мы находим, что такие топологические фазовые сингулярности распространены повсеместно для всего класса атомарно тонких материалов с высоким показателем преломления».
Ученые применили найденный эффект для создания высокочувствительных биосенсоров. Валентин Волков, руководитель Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, добавляет: «Чаще всего при анализах есть какая-то биологическая жидкость, и нужно определить наличие в ней определенного белка. Обычно концентрация очень маленькая. Наличие молекул белка меняет коэффициент преломления этой жидкости, но очень слабо. Мы положили двумерную пленку диселенида палладия на биосенсорный чип и получили рекордную чувствительность по сравнению со всеми остальными методиками измерения».
Найденный эффект — это потенциально очень мощный инструмент фазовой инженерии в плоской оптике и может найти применение в огромном количестве приложений. Исследование выполнено при поддержке мегагранта Правительства Российской Федерации.
Telegram 
Дзен 
VK С приходом летней жары кондиционер становится главным спасением в офисе и дома. Однако многие выставляют минимальную температуру, садятся под прямую струю холодного воздуха и забывают о чистке фильтров, а потом удивляются простуде, сухости в горле и огромным счетам за электричество. Можно ли охлаждать помещение эффективно и при этом не навредить здоровью? Оказывается, кондиционер сам дает множество подсказок о том, как им правильно пользоваться, нужно лишь понимать физику его работы и реакцию организма на перепады температур. Объяснил физические принципы работы климатической техники и рассказал о практических правилах безопасности старший преподаватель кафедры физики и технической механики РТУ МИРЭА Николай Зенченко.
Прогулки наедине с природой в абсолютной тишине существенно повышают риск опасного столкновения с дикими животными. К такому выводу пришли британские биологи, проанализировав базу данных почти 3,5 тысячи инцидентов между людьми и крупными зверями.
Единственное млекопитающее на планете, способное жить на высоте более 6700 метров, обитает в горах Южной Америки. Ученые выяснили, что секрет выживания этих грызунов кроется в том числе в умении питаться ядовитыми растениями, которыми изобилуют высокогорья.
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?
С приходом летней жары кондиционер становится главным спасением в офисе и дома. Однако многие выставляют минимальную температуру, садятся под прямую струю холодного воздуха и забывают о чистке фильтров, а потом удивляются простуде, сухости в горле и огромным счетам за электричество. Можно ли охлаждать помещение эффективно и при этом не навредить здоровью? Оказывается, кондиционер сам дает множество подсказок о том, как им правильно пользоваться, нужно лишь понимать физику его работы и реакцию организма на перепады температур. Объяснил физические принципы работы климатической техники и рассказал о практических правилах безопасности старший преподаватель кафедры физики и технической механики РТУ МИРЭА Николай Зенченко.
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