Резонансные наноантенны замедляют и направляют свет

Группа стэнфордских исследователей из лаборатории доцента материаловедения Дженнифер Дионн (Jennifer Dionne) в статье, вышедшей 17 августа в журнале Nature Nanotechnology, продемонстрировали новый метод манипулирования светом, открывающий дорогу многим новым приложениям в областях квантовых вычислений, виртуальной/дополненной реальности, оптических беспроводных сетей и т.д.

Исследователи сконструировали из сверхтонких кремниевых кристаллов на прозрачной (сапфировой) подложке нанополоски, являющиеся оптическими резонаторами высокой добротности, способными улавливать, высвобождать и перенаправлять световые сигналы в ближнем ИК-диапазоне.

В процессе изготовления резонаторов авторам пришлось преодолеть серьёзные технические проблемы, разработав конструкцию, которую можно воплотить в реальность с нужной точностью, используя современные методы нанопроизводства.

«Резонанс с высокой добротностью требуют создания чрезвычайно гладких боковых стенок, которые не позволяют свету просачиваться наружу, — рассказала Дионн. — Этого достаточно просто добиться для более крупных структур микронного масштаба, но очень сложно реализовать для наноструктур, которые больше рассеивают свет».

Получившиеся в итоге устройства продемонстрировали так называемый коэффициент добротности до 2500, что на два порядка выше, чем у лучших известных аналогов. Этот параметр характеризует резонансное поведение, которое в данном случае (>1000) соответствует времени жизни светового сигнала и создаёт предпосылки для ряда интересных технических приложений.

В частности, лаборатория Дионн уже работает над применением этой техники для выявления антигенов COVID-19 (молекул, запускающих иммунный отклик) и антител, производимых иммунной системой. Нанорезонаторы позволяют обнаруживать даже одиночный вирус, причём, каждая нанополоска может работать независимо, настроенная на свой тип биомолекул.