Физики превратили «дефектный» метаматериал в плазмонный осциллятор

Свойства метаматериалов обусловлены искусственно созданной периодической структурой. Их синтез предполагает включение в природный материал химических элементов с разными формами, что модифицирует магнитную и диэлектрическую восприимчивость исходного материала. Метаматериалы могут использоваться, например, в радиотехнике или оптике. Так, ранее американские физики создали метаматериал с отрицательным показателем преломления видимого излучения. Это позволило скрыть трехмерный объект площадью 1,3 тысячи квадратных микрон.

Высокий коэффициент поглощения ограничивает исследования и применение метаматериалов в промышленности. Их металлические элементы чрезвычайно эффективно поглощают свет, что особенно нежелательно в фотонике и телекоммуникационной сфере, — областях, которые предусматривают передачу большого количества энергии. В новой работе ученые использовали это свойство для создания метаматериала, механические изменения которого основаны на попеременных поглощении и испускании света.

Устройство представляет собой конденсатор размером 500 на 500 микрон. Оно состоит из верхней и нижней пластин: двуслойной золото-кремниевой мембраны с множеством крестообразных наноантенн и металлического отражателя, которые разделяет воздушный зазор толщиной в 3 микрона. В ходе работы наноантенны поглощают свет, преобразуя его в тепло, в результате чего мембрана расширяется и изгибается. Увеличившийся воздушный зазор сокращает коэффициент поглощения и мембрана возвращается в исходное положение.

Такой эффект опирается на резонанс Фано — тип резонанса с асимметричным профилем, который возникает в результате взаимодействия двух различных оптических резонансов в метаматериале. В свою очередь, оптический резонанс может настраиваться за счет показателя электрического напряжения. Подчеркивается, что новый конденсатор может работать в широком диапазоне резонансов и теоретически активироваться не только сильным, но и слабым излучением, например от светодиода.

Устройство может использоваться в качестве генератора опорной частоты в наручных часах, навигаторах GPS, компьютерах. Среди других потенциальных областей применения: датчики высокой точности, а также квантовые преобразователи.