На пути к созданию «шапки-невидимки»

Исследователи преодолели фундаментальное препятствие в использовании новых метаматериалов в оптических технологиях, включающих сверхмощные микроскопы и компьютеры, а также в создании «шапки-невидимки».

Метаматериалы страдают одним существенным недостатком: они слишком сильно поглощают свет содержащимися в них металлами, такими как серебро и золото, что делает их непрактичными для оптических устройств.

Однако команда из Университета Пердью решила эту сложную проблему, завершив трехлетнее исследование. «Это открытие является фундаментальным для всей области метаматериалов, - сказал проф. Владимир Шалаев. – Мы показали, что, в принципе, вполне реально снизить потери и использовать эти материалы для многих приложений».

Материал, разработанный учеными, сделан из пленки, напоминающей рыбацкую сеть и содержащей отверстия порядка 100 нм в диаметре, с повторяющимися слоями серебра и окисла алюминия. Исследователи вытравили часть окисла алюминия между слоями серебра и заменили его «усиливающей средой», сформированной из красителя, который может усиливать свет.

Другие исследователи применяли усиливающие среды на поверхности сетчатой пленки, но такой подход не обеспечивал достаточного усиления.

Вместо этого команда из Пердью нашла способ поместить краситель между двумя слоями серебра сетчатой пленки, где «локальное поле» света намного сильнее, чем на поверхности пленки, что привело к 50-кратному повышению эффективности усиливающей среды.

Такой подход был впервые развит бывшим докторантом Пердью Hsiao-Kuan Yuan (теперь сотрудником Intel) и был развит и применен докторантом Shumin Xiao.

Интерес к метаматериалам снизился из-за сильного поглощения ими света. Однако новый подход может значительно уменьшить степень поглощения, что может привести к активизации исследований в этой области.

На иллюстрации показана структура нового устройства с низким поглощением света, которое может открыть дверь в область оптических технологий, включая сверхмощные микроскопы и компьютеры, а также «шапки-невидимки».