Новости города БезФормата.Ru
Долгопрудный
Главные новости
 
Задать вопрос?

Учёные объявили охоту за высокоиндексными материалами

Коллектив физиков, среди которых исследователи из МФТИ и Университета ИТМО , провёл сравнительный анализ различных материалов на предмет их применимости для диэлектрической нанофотоники. Результаты этого систематического исследования не только позволят эффективнее использовать известные материалы для создания оптических наноантенн, но и подталкивают к поиску новых.

Для излучения, приёма и обработки сигнала, переносимого электромагнитными волнами, используются антенны — устройства, способные эффективно это делать. Обычно подразумеваются макроскопические устройства для работы с радио- и микроволновым излучением. Однако похожие антенны существуют и для работы с оптическим излучением (Рис. 1). Длина волны видимого света составляет сотни нанометров, что обуславливает нанометровый размер таких устройств. Оптические наноантенны, позволяющие фокусировать, направлять и эффективно излучать свет, обладают широким спектром приложений, от передачи информации по оптическим каналам и микроскопии до фотодетектирования, решения биомедицинских задач и даже ускорения химических реакций.


Рис. 1. Оптическая наноантенна.

Чтобы антенна принимала и излучала сигнал желаемым образом, её элементы должны обладать резонансами. В радиодиапазоне такими элементами являются отрезки проводов. В оптическом диапазоне в течение долгого времени в качестве подобных элементов использовались наночастицы из серебра или золота, обладающие плазмонными резонансами, Рис. 2(а). Электромагнитные поля в таких частицах могут быть локализованы на масштабах всего лишь 10 нм и меньше, однако из-за присущих металлам джоулевых потерь большая часть электромагнитной энергии расходуется на нагрев металла. Альтернативой плазмонным наночастицам, являются активно изучаемые в последние пять лет частицы из диэлектриков с высоким показателем преломления в оптическом диапазоне (таких как, например, кремний). При определённом соотношении длины волны и диаметра частицы, частица способна поддерживать особые оптические резонансы, называемые резонансами Ми, Рис. 2(b). Благодаря отличиям материальных свойств металлов и диэлектриков, потери на нагрев в диэлектрических наноантеннах могут быть значительно меньше, чем в плазмонных аналогах.


Рис. 2. Оптические резонансы в (а) плазмонной и (b) диэлектрической частицах. Изображение предоставлено авторами статьи.

Ключевой характеристикой материала, обуславливающей параметры резонанса Ми, является его показатель преломления. Частицы из материалов с более высоким показателем преломления обладают более добротными резонансами Ми — электромагнитные колебания в таких частицах существует дольше без внешнего возбуждения. Кроме того, диаметр резонансной частицы уменьшается с ростом показателя преломления, что позволяет создавать более миниатюрные оптические устройства. Эти факторы делают высокоиндексные материалы (т. е. обладающие высоким показателем преломления) более выгодными для реализации диэлектрических наноантенн.

В своей работе, опубликованной в журнале Optica , учёные провели подробное систематическое исследование доступных высокоиндексных материалов в видимом и инфракрасном диапазонах с точки зрения резонансных характеристик. Набор таких материалов включает полупроводники и полярные кристаллы, такие как карбид кремния. В качестве наглядного параметра авторы выбрали Q-фактор (добротность) резонанса, который отражает, насколько быстро затухает возбуждённый падающим светом резонанс. Теоретический анализ позволил заключить, что на сегодня лучшим материалом для реализации диэлектрических антенн в видимом диапазоне является кристаллический кремний, в ближнем инфракрасном — германий. В среднем инфракрасном диапазоне, который крайне интересен для решения таких задач, как радиационное охлаждение (т. е. охлаждение нагретого тела за счёт излучения электромагнитной энергии в окружающее пространство) и тепловой камуфляж (обратная задача — уменьшение свечения нагретого тела, которое можно видеть через тепловизор), лавры победителя достались сплаву германия и теллура (GeTe), Рис. 3.


Рис. 3. Сравнение различных высокоиндексных материалов в терминах добротности (Q-фактора), которая отражает скорость затухания резонанса Ми частицы. Большее значение Q соответствует медленному затуханию и более выраженному резонансному поведению частицы. Изображение предоставлено авторами статьи.

Существуют и фундаментальные ограничения на величину Q-фактора. Дело в том, что высокий показатель преломления в полупроводниках связан с межзонными электронными переходами, на которых энергия падающего света неизбежно поглощается. Поглощение же ведёт к уменьшению добротности и тому самому нагреву, с которым исследователи пытаются бороться. Таким образом, существует тонкий баланс между высоким показателем преломления и потерями.

«Особенностью работы является не только наиболее полная на сегодняшний день картина, дающая представление о том, какой высокоиндексный материал оптимален для изготовления наноантенны для данной спектральной области, но и проведенный анализ методов создания таких наноструктур, — отмечает Дмитрий Зуев , научный сотрудник лаборатории "Метаматериалы" физико-технического факультета Университета ИТМО.  Таким образом, исследователь может выбрать не только материал, но и метод изготовления, оптимальный для данного материала с учетом решаемого круга задач. Это является важным инструментом для проектирования и экспериментальной реализации широкого класса устройств диэлектрической нанофотоники».

Обзор методов показал, что кремний, германий и арсенид галлия исследованы лучше всего. Резонансные наноантенны из этих материалов могут быть произведены множеством способов — от литографии и химических методов до лазерных. Но не для всех материалов существуют технологии производства резонансных наночастиц. Так, учёным ещё предстоит научиться создавать наноантенны из теллурида германия, который, согласно теоретическому анализу, обладает самыми привлекательными свойствами в среднем инфракрасном диапазоне.

«Кремний, несомненно, сегодня является самым популярным материалом для создания диэлектрических наноантенн ,  — комментирует открытия аспирант МФТИ, один из авторов работы, Денис Баранов . — Он доступен, технологии производства наноструктур из него хорошо налажены, и, что важно, он совместим с технологией CMOS, являющейся сегодня стандартом в полупроводниковой индустрии. Однако кремний является не единственной опцией. Возможно, существуют материалы с ещё более высоким показателем в оптическом диапазоне. Их открытие будет замечательной новостью для диэлектрической нанофотоники».

Результаты, полученные исследователями, будут полезны в области нанофотоники при разработке новых резонансных наноантенн на основе высокоиндексных диэлектрических материалов. Помимо этого, работа подталкивает к теоретическому и экспериментальному поиску новых высокоиндексных материалов, которые позволят улучшить характеристики диэлектрических наноантенн. Такие материалы, например, могут значительно увеличить эффективность радиационного охлаждения солнечных батарей, что является важной технологической проблемой.

B e4f006102aff86a9f43fd99ab0df55bd - Газета Новые ИзвестияМосгорсуд в среду, 18 октября, заблокировал демонстрацию пиратской копии художественного фильма "Матильда" режиссера Алексея Учителя, размещенную в интернете.
18.10.2017 Газета Новые Известия
39fbe92a273f28fb49b826cde8095d29_XL_525x348 - Voskresensk.RuНе благодарите! Начинайте смотреть с 19 минуты и/о Владович обиделся и решил «за глаза» провести комсомольское собрание, отчитав своего предшественника.
18.10.2017 Voskresensk.Ru
Названо число спасенных, но не утонувших - OpenDubna.Ru13 октября в Кашире подвели итоги деятельности ГКУ МО "Мособлпожспас" за третий квартал текущего года.
18.10.2017 OpenDubna.Ru
Встреча с потенциальными инвесторами состоялась в рамках заседания инвестиционного совета - Администрация г. Серпухов18 октября состоялось очередное заседание инвестиционного совета по рассмотрению обращений инвесторов о реализации инвестиционных проектов на территории городского округа Серпухов.
18.10.2017 Администрация г. Серпухов
Вице-мэр Красногорска, писатель и политолог Ростислав МУРЗАГУЛОВ о том, почему местных руководителей заменяют на чиновников из других областей.
18.10.2017 KrasnogorskOnline.Ru
Опыт детских кружков Дубны передают в другие города - OpenDubna.RuПресс-служба подмосковного отделения Общероссийского народного фронта сообщила,
18.10.2017 OpenDubna.Ru
Проект «Дружная семейка» в Химках выходит на финишную прямую - Единая Россия ХимкиПодходит к завершению второй сезон спортивно-развлекательной игры для всей семьи «Дружная семейка».
18.10.2017 Единая Россия Химки
Андрей Чураков открыл заседание круглого стола «Мерседес: перспективы развития» - Администрация Солнечногорского районаВ солнечногорском бизнес-сообществе обсудили вопросы кооперации и развития сотрудничества с компанией «Мерседес-Бенц РУС».
18.10.2017 Администрация Солнечногорского района
Водителя, сбившего велосипедистку под Луховицами, нашли в течение суток - Луховицкие вестиЛуховицкие госавтоинспекторы установили личность водителя, который вечером 17 октября сбил велосипедистку и покинул место ДТП, не оказав помощи пострадавшей, сообщили корреспонденту Луховицкого информагентства в отделе ГИБДД.
18.10.2017 Луховицкие вести
Названо число спасенных, но не утонувших - OpenDubna.Ru13 октября в Кашире подвели итоги деятельности ГКУ МО "Мособлпожспас" за третий квартал текущего года.
18.10.2017 OpenDubna.Ru
Рабочий попал под асфальтоукладчик на улице Правды - ТК КварцАсфальтоукладчик подмял под себя рабочего на улице Правды, сообщили в соцсетях очевидцы.
18.10.2017 ТК Кварц
Иномарку стоимостью более 400 тысяч рублей угнали в Котельниках - Котельники сегодня
Иномарку стоимостью более 400 тысяч рублей угнали в Котельниках
Иномарку стоимостью более 400 тысяч рублей 16 октября угнали у жительницы городского округа Котельники.
Котельники сегодня
Если напала собака: как добиться компенсации ущерба и морального вреда - Авиаград Жуковский
Если напала собака: как добиться компенсации ущерба и морального вреда
В Жуковском завершилось судебное разбирательство по делу о возмещении ущерба и компенсации морального вреда, причиненного здоровью несовершеннолетней.
Авиаград Жуковский
Дом москвичей сгорел в Рузском округе - Красное знамя
Дом москвичей сгорел в Рузском округе
Пока не было хозяев. Днем 9-го остались без дома в деревне Петрищево жители Москвы.
Красное знамя
Детский спектакль в рамках партпроекта - Единая Россия Орехово-зуевоТеатральная студия "Начало" (режиссер Светлана Зязина) на подмостках МУК "ДК на пл.Пушкина" представила зрителям добрый, эмоционально наполненный и по истине сказочный детский спектакль "Приключения Незнайки и его друзей".
18.10.2017 Единая Россия Орехово-зуево
Осенний марафон - Долгие ПрудыТеатральные ночи и пластические эксперименты ждут долгопрудненцев на сцене театра «Город» Осень в самом разгаре, а это значит,
18.10.2017 Долгие Пруды
Открытие детского театра им. Г.М.Печникова - Долгие Пруды14 октября 2017 года в ДШТИ «Семь Я» состоялось значимое событие не только для нашей школы, но и для всего города - Открытие Детского театра имени Геннадия Михайловича Печникова.
18.10.2017 Долгие Пруды
ТИЦ в Подмосковье становится больше - Дмитровский вестник
ТИЦ в Подмосковье становится больше
​​​​​​​В музейно-выставочном комплексе Музея-заповедника «Дмитровский кремль» прошел ежегодный учебно-практический семинар,
Дмитровский вестник
Новые премьеры - Дмитровский вестник
Новые премьеры
У недавно преобразовавшейся школы-студии ДДТ «Большое Гнездо» детского музыкального театра «Колесо» большие планы на ближайшие месяцы.
Дмитровский вестник
И компоты, и поделки хороши! - Химские новости
И компоты, и поделки хороши!
Химкинские пенсионеры сотворили чудеса из даров природы Познакомиться с вкусными и творческими изделиями местных садоводов и огородников можно было на выставке, прошедшей 17 октября в МЦ «Восход».
Химские новости
Строительство ФОКа в Дмитровском районе - Правительство Московской областиИсточник: Главное управление государственного строительного надзора Московской области Физкультурно-оздоровительному комплексу в Дмитровском районе выдали заключение о соответствии всем необходимым требованиям,
18.10.2017 Правительство Московской области
Велосипедисты на велодорожке - Правительство Московской областиИсточник: Фотобанк Московской области, Артем Рязанцев В Московской областной думе состоялась церемония награждения победителей конкурса «Велофлешмоб Подмосковья», который был приурочен ко Всемирному дню без автомобиля,
18.10.2017 Правительство Московской области
Фестиваль «Гармоника – душа России» состоится в Рузском городском округе 12 ноября - Рузский район12 ноября в Рузском городском округе состоится традиционный фестиваль «Гармоника – душа России».
18.10.2017 Рузский район
«Смерч» стал седьмым - Звенигородские ведомости
«Смерч» стал седьмым
14 октября прошел последний тур Первенства Московской области по футболу среди мужских команд.
Звенигородские ведомости
Дмитрий Губерниев вручил химчанам знаки ГТО - Химские новости
Дмитрий Губерниев вручил химчанам знаки ГТО
Российский телеведущий, комментатор телеканала «Матч ТВ», член Общественной палаты Химок Дмитрий Губерниев вручил химчанам знаки ГТО.
Химские новости
«Заводчанин» завоевал «Кубок АльфаСтроя» - Дмитровский вестник
«Заводчанин» завоевал «Кубок АльфаСтроя»
14 октября на стадионе «Локомотив» состоялся традиционный турнир по футболу среди мужских команд «Кубок АльфаСтрой», в этом году посвященный юбилею организации.
Дмитровский вестник
На радость детям и взрослым - Красногорские вестиВ Красногорске на улице Зверева масштабно благоустроили двор В мкр Павшинская пойма Красногорска состоялся праздник открытия обновленной дворовой территории у д. 6 на ул.
18.10.2017 Красногорские вести
Все котельные и магистральные тепловые сети Подмосковья подготовили к зиме - Подольский рабочийВ Московской области успешно выполняются мероприятия для прохождения отопительного сезона 2017-2018 годов В Московской области успешно выполняются мероприятия для прохождения отопительного сезона 2017-2018 годов,
18.10.2017 Подольский рабочий
Представители ОНФ проверили двор в Балашихе после благоустройства - Администрация г. Балашиха(Наталья Кондратьева) Представители центра мониторинга благоустройства городской среды Общероссийского народного фронта в Московской области совместно с главой Балашихи Сергеем Юровым проверили после благоустройства д
18.10.2017 Администрация г. Балашиха
Раздельный сбор мусора - Правительство Московской областиИсточник: РИАМО, Анастасия Осипова Красногорск и Солнечногорск показали наиболее эффективную работу по переходу на раздельный сбор мусора за последние две недели,
18.10.2017 Правительство Московской области
Ограничение доступа к канализации – еще один способ заставить должников платить за «коммуналку» - Дмитровский вестникВ отношении должников за жилищно-коммунальные услуги все шире применяется такой инструмент, как ограничение водоотведения.
18.10.2017 Дмитровский вестник