Периодические наноструктуры становятся ловушками для света

Коллектив ученых из Института нанотехнологий MESA+, института Нильса Бора и института FOM AMOLF продемонстрировал, что свет может захватываться даже в наиболее высококачественных световодах на чипе, вследствие неизбежно присутствующего незначительного нарушения их периодичности. Результаты, изложенные в ведущем американском журнале Physical Review B, позволяют количественно оценить воздействие неидеальности внутричиповых структур и весьма полезны для понимания полупроводников и транспорта света в интегрированных оптических устройствах.

В нормальных условиях периодичность наноструктуры оказывает сильное воздействие на распространение света. Интерференция приводит к возникновению запрещенных энергетических зон, а также примыкающего к ним пограничного участка (band edge), где свет хотя и может распространяться, но с уменьшенной скоростью. Снижение скорости увеличивает чувствительность наносенсоров и представляет интерес для управления оптической информацией. Однако наличие даже мельчайшего рассогласования в упорядоченной наноструктуре (а это неизбежно по фундаментальным причинам) существенно изменяет картину распространения света в пограничной зоне. До сих пор произвести прямое измерение этого эффекта не удавалось.

В новом эксперименте, команда ученых смогла составить полную карту распределения энергии в пространстве для интегрированных нанофотонных волноводов, включая координаты и энергии зон, улавливающих свет. Они показали, что даже для максимально точно изготовленных периодических структур граница запрещенной зоны не является четкой, а представляет собой диапазон энергий, в котором световые волны распространяются медленнее, а иногда даже останавливаются. Вероятность захвата увеличивается с замедлением скорости волны.

Как отмечают авторы статьи, сделанные выводы не ограничиваются светом, и справедливы для распространения волн в целом. Описанные эффекты непосредственно наблюдались с иcпользованием новейших методов микроскопии, разработанных в MESA+.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365