Ученые РФ создали модель уникального материала, преломляющего свет

Результаты компьютерного моделирования показали высокую эффективность работы материала для света с длиной волны 400-500 нанометров (фиолетовый, синий и голубой цвет).

МОСКВА, 25 дек — РИА Новости. Группа ученых из Московского физико-технического института (МФТИ) и Института теоретической физики имени Л. Д. Ландау РАН предложила двумерный метаматериал из серебряных элементов, необычно преломляющий свет, исследование было опубликовано в Optical Material Express.

В будущем подобные структуры могут быть использованы для разработки компактных оптических устройств, а также для создания "плаща-невидимки", пишет пресс-служба МФТИ.

Результаты компьютерного моделирования, проведённого авторами, показали высокую эффективность работы материала для света с длиной волны 400-500 нанометров (фиолетовый, синий и голубой цвет). Эффективностью в данном случае называют процент света, рассеянного в нужном направлении. Она составляет около 70% для преломления и около 80% для отражения света. Теоретически эффективность может достигать 100%, но в реальных металлах существуют потери, связанные с омическим сопротивлением.

Метаматериал — материал, свойства которого обусловлены искусственно созданной периодической структурой. При падении света на поверхность такого материала преломленный луч лежит по ту же сторону от нормали к поверхности, что и падающий. Разницу поведения света в среде с положительным и отрицательным показателем преломления можно увидеть на примере палочки погруженной в жидкость.

Существование веществ с отрицательным показателем преломления было предсказано еще в середине XX века. В 1976 году советский физик В. Веселаго опубликовал статью, в которой теоретически описал их свойства, в том числе необычное преломление света. Сам термин "метаматериал" для таких веществ был предложен Роджером Уэлсером в 1999 году. Первые образцы метаматериалов представляли из себя массивы из тонких проволочек и работали только с микроволновым излучением

Но для получения необычных оптических эффектов не обязательно нужен объемный метаматериал. Манипулировать светом можно и при помощи двумерных структур, так называемых метаповерхностей. По сути, это — тонкие пленки, составленные из отдельных элементов. Принцип работы метаповерхности основан на явлении дифракции. Любой плоский периодический массив представляет из себя дифракционную решетку, которая "расщепляет" падающий на нее свет на несколько лучей. Количество и направление лучей зависит от геометрических параметров: угла падения, длины волны и периода решетки. Структура элементарной ячейки, в свою очередь, определяет, как распределится между лучами энергия падающего света. Для получения отрицательного показателя преломления нужно, чтобы все дифракционные лучи кроме одного были подавлены, тогда весь падающий свет будет перенаправлен в нужном направлении.

Именно эта идея лежит в основе недавней работы группы ученых из МФТИ и ИТФ им. Ландау. Элементарная ячейка предложенной ими решетки представляет собой пару близко расположенных серебряных цилиндров радиусом порядка 100 нанометров (см. рисунок). Такая структура проста и работает в оптической области, в то время как большинство аналогов обладают более сложной геометрией и работают только с микроволновым излучением.

Эффективное взаимодействие пар металлических цилиндров со светом происходит благодаря эффекту плазмонного резонанса. Свет поглощается металлическими стержнями, заставляя электроны в металле колебаться, и переизлучается. Исследователям удалось подобрать параметры ячейки таким образом, чтобы результирующий оптический отклик решетки соответствовал аномальному (т.е отрицательному) преломлению падающей волны (см. рисунок). Интересно, что поменяв ориентацию пар цилиндров, можно получить эффект аномального отражения. Отметим, что схема работает в широком диапазоне углов падения.

Аномальное преломление света на предложенной структуре. Красным и синим цветом изображены лучи, имеющие разную фазу. Градиент цветов определяет интенсивность излучения. Изображение предоставлено авторами исследования.

Полученные результаты могут быть применены для управления оптическими сигналами в ультракомпактных устройствах. Здесь речь идет прежде всего о технологиях оптической передачи и обработки информации, которые в будущем помогут ускорить работу компьютеров. Используемые в современных чипах электрические межсоединения работают на пределе своих пропускных способностей и тормозят дальнейший рост производительности вычислительных систем. Для перехода от электрических межсоединений к оптическим необходимо уметь эффективно управлять оптическими сигналами на наномасштабе. Во многом именно на решение этой задачи направлены усилия научного сообщества по созданию структур, способных "поворачивать" свет в нужном направлении.

 

РИА Наука
Обсуждение
8 пользователей оставили 10 комментариев
  • Мда... Чем же тогда наш Роснано занимается кроме корпоративов?
    19:30
    25.12.2015
  • Если метаматериал из серебряных элементов способен работать с фиолетовым, синим и голубым цветом, то интересно, с какими цветами работал бы метаматериал из золотых элементов, или из медных.. Жаль, что сложно представить метаматериал из какого-нибудь минерала. К примеру, из зелёного изумруда или из синего сапфира, или из алого рубина. Интересно, можно ли вырастить рубин на полимерной основе, введя в состав смеси для выращивания камней что-нибудь полиэтиленовое, или капроновое? Интересно, можно ли вырастить рубин, введя в состав смеси для выращивания камней немного серебряных или золотых молекул? Интересно, можно ли будет использовать новые получившиеся материалы (если они получатся) для продолжения экспериментов со светопреломлением и светоотражением?
    18:00
    25.12.2015
  • Если метаматериал из серебряных элементов способен работать с фиолетовым, синим и голубым цветом, то интересно, с какими цветами работал бы метаматериал из золотых элементов, или из медных.. Жаль, что сложно представить метаматериал из какого-нибудь минерала. К примеру, из зелёного изумруда или из синего сапфира, или из алого рубина. Интересно, можно ли вырастить рубин на полимерной основе, введя в состав смеси для выращивания камней что-нибудь полиэтиленовое, или капроновое? Интересно, можно ли вырастить рубин, введя в состав смеси для выращивания камней немного серебряных или золотых молекул? Интересно, можно ли будет использовать новые получившиеся материалы (если они получатся) для продолжения экспериментов со светопреломлением и светоотражением?
    18:00
    25.12.2015
  • Интересно, изменится ли поведение света и цвета при нагревании или охлаждении серебряного метаматериала?
    18:23
    25.12.2015
  • Мда... Чем же тогда наш Роснано занимается кроме корпоративов?
    19:30
    25.12.2015
  • Марина Минаева, Хорошие вопросы.. Я - ТАК думаю, хоть и не химик.. Хорошо, что выносишь на обсуждение.
    19:51
    25.12.2015
  • EX в ответ пользователю Марина Минаева(показатьскрыть)
    Марина Минаева,
    Когда не-химик (не-физик) начинает рассуждать о химии (физике), получается так забавно!
    21:46
    25.12.2015
  • Сергей Бубнов в ответ пользователю EX(показатьскрыть)
    EX, особенно забавно звучит - ,,рубин на основе... полиэтилена или капрона,, .
    Как вам этот ,,интеллектуальный,, изыск ?
    23:04
    25.12.2015
  • ГОРЕМ, а чем угодно, но только не нанотехнологиями . Распилом и разбазариванием финансовых средств в основном . Включите, например, NANOTV и убедитесь, там может быть всё - гадалки, торговки и прочее, но не нанотехнологии .
    23:41
    25.12.2015
  • Марина Минаева, поживем увидим))))))))))
    19:16
    26.12.2015
  • Если увеличить финансирование (только не Чубайсоноидов, а истинных ученых), то и не до такого додумаются! я, так думаю!
    19:19
    26.12.2015
  • uran.ru57 в ответ пользователю ГОРЕМ (показатьскрыть)
    ГОРЕМ, пилит бюджетные деньги. создает нано асфальт нано танки нано лупы.
    21:19
    26.12.2015

Партнеры





Наверх
Авторизация
He правильное имя пользователя или пароль
Войти через социальные сети
Регистрация
E-mail
Пароль
Подтверждение пароля
Введите код с картинки
He правильное имя пользователя или пароль
* Все поля обязательны к заполнению
Восстановление пароля
E-mail
Инструкции для восстановления пароля высланы на
Смена региона
Идет загрузка...
Произошла ошибка... Повторить
правила комментирования материалов

Регистрация пользователя в сервисе РИА Клуб на сайте Ria.Ru и авторизация на других сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» при помощи аккаунта или аккаунтов пользователя в социальных сетях обозначает согласие с данными правилами.

Пользователь обязуется своими действиями не нарушать действующее законодательство Российской Федерации.

Пользователь обязуется высказываться уважительно по отношению к другим участникам дискуссии, читателям и лицам, фигурирующим в материалах.

Публикуются комментарии только на тех языках, на которых представлено основное содержание материала, под которым пользователь размещает комментарий.

На сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» может осуществляться редактирование комментариев, в том числе и предварительное. Это означает, что модератор проверяет соответствие комментариев данным правилам после того, как комментарий был опубликован автором и стал доступен другим пользователям, а также до того, как комментарий стал доступен другим пользователям.

Комментарий пользователя будет удален, если он:

  • не соответствует тематике страницы;
  • пропагандирует ненависть, дискриминацию по расовому, этническому, половому, религиозному, социальному признакам, ущемляет права меньшинств;
  • нарушает права несовершеннолетних, причиняет им вред в любой форме;
  • содержит идеи экстремистского и террористического характера, призывает к насильственному изменению конституционного строя Российской Федерации;
  • содержит оскорбления, угрозы в адрес других пользователей, конкретных лиц или организаций, порочит честь и достоинство или подрывает их деловую репутацию;
  • содержит оскорбления или сообщения, выражающие неуважение в адрес МИА «Россия сегодня» или сотрудников агентства;
  • нарушает неприкосновенность частной жизни, распространяет персональные данные третьих лиц без их согласия, раскрывает тайну переписки;
  • содержит ссылки на сцены насилия, жестокого обращения с животными;
  • содержит информацию о способах суицида, подстрекает к самоубийству;
  • преследует коммерческие цели, содержит ненадлежащую рекламу, незаконную политическую рекламу или ссылки на другие сетевые ресурсы, содержащие такую информацию;
  • имеет непристойное содержание, содержит нецензурную лексику и её производные, а также намёки на употребление лексических единиц, подпадающих под это определение;
  • содержит спам, рекламирует распространение спама, сервисы массовой рассылки сообщений и ресурсы для заработка в интернете;
  • рекламирует употребление наркотических/психотропных препаратов, содержит информацию об их изготовлении и употреблении;
  • содержит ссылки на вирусы и вредоносное программное обеспечение;
  • является частью акции, при которой поступает большое количество комментариев с идентичным или схожим содержанием («флешмоб»);
  • автор злоупотребляет написанием большого количества малосодержательных сообщений, или смысл текста трудно либо невозможно уловить («флуд»);
  • автор нарушает сетевой этикет, проявляя формы агрессивного, издевательского и оскорбительного поведения («троллинг»);
  • автор проявляет неуважение к русскому языку, текст написан по-русски с использованием латиницы, целиком или преимущественно набран заглавными буквами или не разбит на предложения.

Пожалуйста, пишите грамотно — комментарии, в которых проявляется пренебрежение правилами и нормами русского языка, могут блокироваться вне зависимости от содержания.

Администрация имеет право без предупреждения заблокировать пользователю доступ к странице в случае систематического нарушения или однократного грубого нарушения участником правил комментирования.

Пользователь может инициировать восстановление своего доступа, написав письмо на адрес электронной почты moderator@rian.ru

В письме должны быть указаны:

  • Тема – восстановление доступа
  • Логин пользователя
  • Объяснения причин действий, которые были нарушением вышеперечисленных правил и повлекли за собой блокировку.

Если модераторы сочтут возможным восстановление доступа, то это будет сделано.

В случае повторного нарушения правил и повторной блокировки доступ пользователю не может быть восстановлен, блокировка в таком случае является полной.

Чтобы связаться с командой модераторов, используйте адрес электронной почты moderator@rian.ru или воспользуйтесь формой обратной связи.