Петербургские ученые вместе с зарубежными коллегами разрабатывают наноустройство, способное преобразовывать электромагнитные волны. Если говорить простыми словам, эта технология позволит создать, к примеру, нанолазер.
Менять частоту излучения ученые научились давольно давно, однако только в машстабах макромира: из терагерцового в инфракрасный, а следом — в видимый. Повторить это в наномасштабе — задача не из легких.
“Дело в том, что из-за малых размеров наночастицы взаимодействуют со светом по особым законам», — объясняют в ИТМО.
Чтобы добиться эффективности на наноуровне необходимо уменьшить потери энергии на трех этапах: вводе излучения, удержания энергии и нелинейного преобразования. И здесь начинаются открытия петербургских ученых. Совместно с коллегами из Австралии и Италии специалисты из ИТМО предложили задействовать новый тип резонаторов.
«Это диэлектрические наночастицы в форме диска с высоким показателем преломления, которые поддерживают локализованные состояния в континууме», — рассказали ученые.
Подобные состояния возникают, если несколько видов колебаний энергии в частице подавляют друг друга. «За счет этого энергия света оказывается «заперта» внутри частицы», — уточнили в ИТМО.
В теории запереть энергию можно на века, однако на практике для этого потребуются идеальные рзеонаторы. Пока что речь идет о временном удержании, и это время зависит от того, насколько хорошо подобраны форма, размер и материал наноустройства.
«Нам пришлось искать оптимальный способ ввода энергии в резонатор. Мы выяснили, что в нашем случае нужно закрутить падающую волну и изменить ее поляризацию так, чтобы она колебалась по касательной к кругу. Это соответствует структуре электромагнитного поля внутри частицы», рассказал Кирилл Кошелев, один из авторов исследования.
В конце концов, петербургским ученым удалось добиться заметных результатов — вместо прежних долей процента получилось сохранить на выходе несколько процентов.
Исследователи отмечают, что выбранные ими материал — арсенид алюминия-галлия — что облегчает использование и развитие разработки.
«Мы предложили способ создания нано-преобразователей света, которые можно будет использовать для различных применений. Например, для плоских линз в приборах ночного зрения, которые будут переводить инфракрасное излучение в видимый свет», -Юрий Кившарь, соруководитель Центра нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО.