Магнитные зеркала открывают доступ к новым технологиям, отражая свет необычными способами

Как сообщается сегодня в новом журнале Optica Оптического общества (OSA), ученые впервые продемонстрировали новый тип зеркала, которое лишено знакомой блестящей металлической поверхности и вместо этого отражает инфракрасный свет, используя необычное магнитное свойство не- металлический метаматериал.Размещая наноразмерные антенны на поверхности этих так называемых «магнитных зеркал» или очень близко к ним, ученые могут улавливать и использовать электромагнитное излучение способами, имеющими заманчивый потенциал в новых классах химических датчиков, солнечных элементов, лазеров и других оптоэлектронных устройств. устройств.

«Мы достигли новой вехи в технологии магнитных зеркал, экспериментально продемонстрировав это замечательное поведение света на инфракрасных длинах волн. Наш прорыв связан с использованием специально разработанной неметаллической поверхности, усеянной наноразмерными резонаторами», — сказал Майкл Синклер, соавтор книги газета Optica и ученый из Sandia National Laboratories в Альбукерке, штат Нью-Мексико, США, который вместе с коллегой-автором и ученым из Sandia Игалом Бренером руководил исследовательской группой.

Каждый из этих наноразмерных резонаторов кубической формы, основанных на элементе теллура, значительно меньше ширины человеческого волоса и даже меньше длины волны инфракрасного света, что необходимо для достижения поведения магнитного зеркала на этих невероятно коротких длинах волн.«Размер и форма резонаторов имеют решающее значение, — пояснил Синклер, — также как и их магнитные и электрические свойства, которые позволяют им уникальным образом взаимодействовать со светом, рассеивая его в определенном диапазоне длин волн для создания эффекта магнитного зеркала».

Первые конструкции магнитных зеркалОбычные зеркала отражают свет, взаимодействуя с электрической составляющей электромагнитного излучения.

Однако из-за этого они делают больше, чем просто переворачивают изображение; они также меняют электрическое поле света. Хотя это не влияет на человеческий глаз, это имеет серьезные последствия для физики, особенно в точке отражения, где противоположные входящие и исходящие электрические поля производят эффект компенсации.

Это временное подавление электрических свойств света предотвращает взаимодействие таких компонентов, как наноразмерные антенны и квантовые точки, со светом на поверхности зеркала.Магнитное зеркало, напротив, отражает свет, взаимодействуя со своим магнитным полем, сохраняя свои первоначальные электрические свойства. «Магнитное зеркало, таким образом, создает очень сильное электрическое поле на поверхности зеркала, обеспечивая максимальное поглощение энергии электромагнитных волн и открывая путь для новых приложений», — сказал Бренер.Однако, в отличие от серебра и других металлов, нет природного материала, который магнитно отражает свет. Магнитные поля могут отражать и даже закупоривать заряженные частицы, такие как электроны и протоны.

Но фотоны, у которых нет заряда, проходят свободно.«Природа просто не дает возможности магнитно отражать свет», — пояснил Бренер. Поэтому ученые разрабатывают метаматериалы (материалы, не встречающиеся в природе, обладающие особыми свойствами), которые способны создавать эффект магнитного зеркала.

Первоначально это могло быть достигнуто только на длинных микроволновых частотах, что позволяло использовать только несколько приложений, таких как микроволновые антенны.Совсем недавно другие исследователи достигли ограниченного успеха на более коротких длинах волн, используя металлические компоненты в форме "рыбьей чешуи". Эти конструкции, однако, испытали значительную потерю сигнала, а также неравномерную реакцию из-за их особой формы.

Зеркала без металловЧтобы преодолеть эти ограничения, команда разработала специально сконструированный двумерный массив неметаллических диэлектрических резонаторов — наноразмерные структуры, которые сильно взаимодействуют с магнитной составляющей падающего света.

Эти резонаторы имеют ряд важных преимуществ по сравнению с более ранними конструкциями. Во-первых, диэлектрический материал, который они используют, теллур, имеет гораздо более низкие потери сигнала, чем металлы, что делает новую конструкцию намного более отражающей в инфракрасном диапазоне и создает гораздо более сильное электрическое поле на поверхности зеркала. Во-вторых, наноразмерные резонаторы могут быть изготовлены с использованием стандартных процессов литографии осаждения и травления, которые уже широко используются в промышленности.

Отражающие свойства резонаторов возникают потому, что они в некоторых отношениях ведут себя как искусственные атомы, поглощая, а затем повторно излучающие фотоны. Атомы естественным образом делают это, поглощая фотоны своими внешними электронами, а затем повторно излучающие фотоны в случайных направлениях.

Вот как молекулы в атмосфере рассеивают световые волны определенной длины, в результате чего небо становится синим днем ​​и красным на восходе и закате.Метаматериалы в резонаторах достигают аналогичного эффекта, но поглощают и переизлучают фотоны, не меняя их электрические поля.Доказательство процесса

Подтверждение того, что проект команды на самом деле ведет себя как магнитное зеркало, потребовало точных измерений того, как световые волны перекрываются, когда они проходят друг с другом, входя и отражаясь от поверхности зеркала. Поскольку нормальные зеркала меняют фазу света при отражении, свидетельством того, что фазовая сигнатура волны не изменилась, будет «дымящийся пистолет», свидетельствующий о том, что образец ведет себя как истинное магнитное зеркало.Чтобы сделать это обнаружение, команда Sandia использовала метод, называемый спектроскопией во временной области, который широко используется для измерения фазы на более длинных терагерцовых волнах. По словам исследователей, всего несколько групп в мире продемонстрировали эту технику на более коротких волнах (менее 10 микрон).

Сила этого метода в том, что он может отображать информацию об амплитуде и фазе электрического поля света.«Наши результаты ясно показали, что не было инверсии фазы света», — отмечает Шэн Лю, научный сотрудник Sandia и ведущий автор статьи «Оптика». «Это была окончательная демонстрация того, что эта узорчатая поверхность ведет себя как оптическое магнитное зеркало».

Следующие шагиЗаглядывая в будущее, исследователи будут исследовать другие материалы, чтобы продемонстрировать поведение магнитного зеркала на еще более коротких оптических длинах волн, где можно найти чрезвычайно широкое применение. «Если бы эффективные магнитные зеркала можно было масштабировать до еще более коротких длин волн, то они могли бы позволить использовать меньшие фотодетекторы, солнечные элементы и, возможно, лазеры», — заключил Лю.


8 комментариев к “Магнитные зеркала открывают доступ к новым технологиям, отражая свет необычными способами”

  1. Не забыл, выверты тогдашней геополитики после Аустерлица. Хотя я бы и не против такого союза против Англии, но, увы.

  2. Хмельнова Кристина

    Америка, в отличие от других стран может прожить без остального мира, вообще,она абсолютно самодостаточна, это просто факт, имеет огромное военное и экономическое влияние, это тоже факт, финансовая система мира во многом держится начнет,технологии, интернет и так далее.

  3. Ну наконец, а то я уже забыл фамилию этого рефиссера. А то разные там Вайнштейны забрали почестное первенство у Полански, теперь сразу аж 3 женщины заявили, что нет уж, Полански круче всех Вайнштейнов вместе взятых. Так небось и за Трампа снова вспомнят кому он хотя бы подмигнул.

  4. Анастасия Павеловна

    В маршрутке: — Водитель! Вы не закрыли заднюю дверь, и выпали два пассажира! — Да, подумаешь, какие-то десять гривен!…

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *