Новые материалы смогут улучшить оптические технологии

Исследователи разрабатывают новый класс «плазмонных метаматериалов», которые потенциально могут стать строительными блоками передовых оптических технологий, включая сверхмощные микроскопы и компьютеры, солнечные элементы и маскировку типа шапки-невидимки.

«Новые материалы могут сделать реальными «нанофотонные» устройства для многочисленных приложений», - сказала Александра Болтасева, адъюнкт-профессор вычислительной техники.

В отличие от природных материалов, метаматериалы могут иметь коэффициент преломления меньше 1 и даже 0. Материалы с таким коэффициентом преломления могут найти применение в трансформационной оптике. Однако развитию новых технологий на базе метаматериалов препятствуют два ограничения: слишком много света поглощается такими металлами, как серебро и золото, содержащимися в метаматериалах, и для того чтобы материалы имели нужный коэффициент преломления, они нуждаются в очень точной композиции.

Для преодоления этих трудностей исследователи предлагают новый подход. Они работают над тем, чтобы заменить серебро и золото в создаваемых материалах, используя два метода: делая полупроводник более металлическим путем добавления к нему примесей металла или делая металл менее металлическим, добавляя к нему неметаллические примеси. Примеры таких материалов включают окислы алюминия и нитрид титана, которые выглядят подобно золоту и используются для покрытия православных церквей.

Исследователи протестировали некоторые новые материалы и обнаружили, что их оптические свойства превосходят серебро и золото. Плазмонные метаматериалы имеют большой потенциал для перспективных применений, включая «гиперлинзы», которые позволят оптическим микроскопам увеличить в 10 раз свою разрешающую способность и видеть такие объекты, как ДНК; более чувствительные датчики; новые типы солнечных батарей; компьютеры и потребительскую электронику, которые используют свет для обработки данных, и маскировку.

Некоторые из новых материалов хорошо подходят для использования в ближней части инфракрасного света, важной для телекоммуникаций и волоконной оптики, другие могут применяться в области видимого света. Их можно «настроить» таким образом, что их коэффициент преломления будет идеально подходить для определенной части спектра.

Будущие фотонные технологии будут нацелены на новые типы оптических транзисторов, коммутаторов и процессоров. Они позволят выполнять обработку параллельных потоков данных, что приведет к более быстрым сетям и компьютерам