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.

Борьба с несанкционированной рекламой - Серпуховский районСпециалистами филиала «Русский лес» ГКУ МО «Мособллес» проводится систематическая работа по снятию несанкционированной рекламы, размещенной на деревьях.
19.02.2018 Серпуховский район
В Мытищах поймали вымогателей денег у таксистов - РТВ-ПодмосковьеПреступная группа обложила данью занимающихся частным извозом предпринимателей В Мытищах полицейские задержали участников группы, подозреваемых в вымогательстве денег у таксистов.
19.02.2018 РТВ-Подмосковье
В лесах Московской области с начала года спасено 15 человек - За новую жизньКак сообщил заместитель председателя Правительства Московской области, с 1 января 2018 года из леса выведено 15 человек, в том числе один ребёнок.
19.02.2018 За новую жизнь
В 2017 году мошенники похитили из банкоматов 5 млрд рублей - РТВ-ПодмосковьеБлиже к ЧМ-2018 в стране могут появиться фальшивые устройства В 2017 году из российских банкоматов мошенники достали 5 миллиардов рублей.
19.02.2018 РТВ-Подмосковье
В Электростали завершились широкие масленичные гуляния. А для того, чтобы праздник состоялся, много усилий приложили МБУ "Благоустройство", управляющая организация ООО "Центральное" и привлеченные подрядчики.
19.02.2018 Администрация г. Электросталь
Сбор макулатуры в учебных заведениях стартовал в рамках проекта «Добрая школа» - Администрация Солнечногорского районаНачался приём заявок от учебных заведений для участия в акции по сбору макулатуры «Добрая школа», выручка от вторсырья пойдет на лечение тяжелобольных детей, сообщает ТАСС.
19.02.2018 Администрация Солнечногорского района
Татарским защитникам животных удалось отменить аукцион на убийство бездомных животных к ЧМ 2018 Аукцион на отлов бездомных животных Набережных Челнов, который должны были провести 26 февраля,
19.02.2018 Газета Новые Известия
Екатерина Долгасова отчиталась перед жителями о социально-экономическом развитии Лотошинского района за 2017 год, а также подвела итоги последних 5 лет работы - Лотошинский район16 февраля глава Лотошинского муниципального района Екатерина Долгасова представила отчёт о социально-экономическом развитии Лотошинского района за 2017 год, рассказала о планах на 2018 год,
19.02.2018 Лотошинский район
Более 20 школ и детсадов отремонтировано в Рузском городском округе - Рузский район14 школ и 7 детских садов капитально отремонтировали в Рузском городском округе в 2017 году.
19.02.2018 Рузский район
Разыскивается жительница Зарайскаа - За новую жизньНачальник ОУР подполковник полиции Сергей Шерстобитов сообщает о том, что ОМВД России по городскому округу Зарайск Московской области разыскивается без вести пропавшая в сентябре 2017 года гр.
19.02.2018 За новую жизнь
Тело неизвестного мужчины нашли во Фрязине - Газета КлючТруп неизвестного мужчины без внешних признаков насильственной смерти нашли в подмосковном Фрязине, по данному факту проводится проверка, сообщил РИАМО в субботу представитель пресс-службы ГУ МВД РФ по Московской области.
19.02.2018 Газета Ключ
Сбили пешехода и другие ДТП - Копейка
Сбили пешехода и другие ДТП
За период, с 9 по 16 февраля текущего года сотрудниками отдела ГИБДД УМВД России по Сергиево-Посадскому району зарегистрировано 73 ДТП с материальным ущербом, а также одно происшествие в котором пострадал один человек.
Копейка
Торговый павильон обокрали в Рузском округе - Красное знамя
Торговый павильон обокрали в Рузском округе
В ночь на 11 февраля воры проникли в торговый павильон в Тучкове, разбив окно.
Красное знамя
Троих водителей, нарушающих правила перевозки детей, выявили на Ярославском шоссе - Газета Маяк
Троих водителей, нарушающих правила перевозки детей, выявили на Ярославском шоссе
© предоставлено ГИБДД ГУ МВД России по Московской области Троих водителей, нарушающих правила перевозки детей в автомобиле,
Газета Маяк
Часовня в честь Николая II в Клину - Правительство Московской областиИсточник: ©, Клинское информационное агентство Часовню, построенную в честь последнего русского царя Николая II, освятили в Клину, сообщает пресс-служба администрации городского округа.
18.02.2018 Правительство Московской области
Конкурс–фестиваль детского и юношеского творчества - Серпуховский районВ зрительном зале Липицкого ЦСДК 2 февраля прошёл конкурс-фестиваль детского и юношеского творчества «Сталинград.
19.02.2018 Серпуховский район
Фотовыставка "Завтра начинается сегодня" - Палата народных промыслов и ремёселЗавтра начинается сегодня. Так называется фотовыставка, которая начала свою работу 16 февраля 2018 года в МОУ Прогимназия №48.
19.02.2018 Палата народных промыслов и ремёсел
Девять воспитанников школы Якова Флиера стали лауреатами конкурса вокалистов Sole mio - Орехово-Зуевская правда
Девять воспитанников школы Якова Флиера стали лауреатами конкурса вокалистов Sole mio
Первый Открытый зональный конкурс вокалистов Sole mio прошел в Орехово-Зуеве 18 февраля, по его итогам девять воспитанников детской школы искусств имени Якова Флиера стали лауреатами разных степеней,
Орехово-Зуевская правда
«Русь моя православная» - Газета Факт
«Русь моя православная»
«Единением и любовью спасемся» – эти слова принадлежат преподобному Сергию Радонежскому.
Газета Факт
Бесплатные мастер-классы стартовали в Центре «Вертикаль» - Пущинская среда
Бесплатные мастер-классы стартовали в Центре «Вертикаль»
16 февраля в фойе Центра культурного развития прошло первое занятие цикла мастер-классов, посвященных Дню защитника Отечества.
Пущинская среда
Камера видеофиксации на дороге - Правительство Московской областиИсточник: Фотобанк Московской области, Александр Кожохин Количество аварийных ситуаций на подмосковных дорогах, где установлены видеокамеры, уменьшилось за 2017 год более чем на 15%,
19.02.2018 Правительство Московской области
Ледовый дворец в Зарайске - Правительство Московской областиИсточник: Министерство физической культуры и спорта Московской области Ледовый дворец, построенный по государственной программе, открылся в Зарайске в воскресенье,
18.02.2018 Правительство Московской области
Глава  округа в последний день Масленицы попросил у люберчан прощения - Люберецкая панорамаЛЮБЕРЦЫ. 19 фев. INLUBERTSY.RU – Глава округа Люберцы Владимир Ружицкий попросил прощение у люберчан в последний день Масленицы, сообщает Люберецкое информагентство.
19.02.2018 Люберецкая панорама
В Зарайске открылся Ледовый Дворец - Серебряно-Прудский вестник
В Зарайске открылся Ледовый Дворец
Министерство физической культуры и спорта Московской области 18 февраля в Зарайске открылся первый в городском округе физкультурно-оздоровительный комплекс с крытым катком.
Серебряно-Прудский вестник
В Зарайске открыли Ледовый Дворец - Химские новости
В Зарайске открыли Ледовый Дворец
18 февраля в Зарайске открылся первый в городском округе физкультурно-оздоровительный комплекс с крытым катком.
Химские новости
Четыре жуковских водителя – среди призеров «Кубка главы» - Авиаград Жуковский
Четыре жуковских водителя – среди призеров «Кубка главы»
Четыре автомобилиста из подмосковного Жуковского вошли в число победителей и призеров ралли "Zhuk Winter Cup 2018" на кубок главы авиаграда 18 февраля,
Авиаград Жуковский
Более 20 школ и детсадов отремонтировано в Рузском городском округе - Рузский район14 школ и 7 детских садов капитально отремонтировали в Рузском городском округе в 2017 году.
19.02.2018 Рузский район
Камера видеофиксации на дороге - Правительство Московской областиИсточник: Фотобанк Московской области, Александр Кожохин Количество аварийных ситуаций на подмосковных дорогах, где установлены видеокамеры, уменьшилось за 2017 год более чем на 15%,
19.02.2018 Правительство Московской области
Ежегодный отчет главы  Люберецкого округа состоится 20 февраля - ИнфоЛюберцыИнфоЛюберцы – 19 фев . Ежегодный отчет главы городского округа Люберцы Владимира Ружицкого состоится 20 февраля, сообщает городской сайт ИнфоЛюберцы.
19.02.2018 ИнфоЛюберцы
Отгуляла "Широкая Масленица" - Администрация г. ИвантеевкаВчера в Ивантеевке завершился общегородской праздник «Широкая Масленица!» В духе традиционных русских «широких гуляний» праздничная программа одновременно проходила на нескольких площадках.
19.02.2018 Администрация г. Ивантеевка
Шатуряне весело отпраздновали широкую Масленицу - Ленинская ШатураВ Шатуре проводы зимы прошли в сквере Олимпийский. На время праздника участок улицы Спортивной стал пешеходной зоной.
19.02.2018 Ленинская Шатура