Материал позволяет динамическим образом управлять поляризацией света при помощи тепла
Международный коллектив учёных из Российского квантового центра, МФТИ, МГУ имени М.В. Ломоносова и Университета электронных наук и технологий Китая создал уникальную наноструктурированную поверхность, которая позволяет динамически управлять поляризацией света при помощи тепла. Открытие позволяет не только изменять величину вращения плоскости поляризации света, но и его направление, что открывает путь к созданию перестраиваемых оптических компонентов, сверхбыстрых модуляторов света и высокочувствительных сенсоров нового поколения.
Мы продемонстрировали, что можно управлять светом с помощью другого луча, который нагревает нужный участок. Это основа для полностью оптических переключателей и модуляторов. Кроме того, такая чрезвычайная чувствительность к температуре делает нашу разработку идеальной платформой для создания сверхточных сенсоров, способных улавливать тысячные доли градуса.
— Полина Зорина, исследователь из МФТИ (Долгопрудный)
Поляризованные электромагнитные волны давно активно используются в работе большого числа оптических и оптоэлектронных устройств, которые широко применяются при создании сенсоров, дисплеев и систем связи. Как правило, для получения поляризованного излучения используются материалы со специально подобранными магнитооптическими свойствами, природа которых остается неизменной после их обработки.
Исследователи международной научной группы выяснили, что эту проблему можно обойти при помощи созданной ими метаповерхности. Так учёные называют рукотворные структуры из множества наночастиц или других миниатюрных элементов, которые могут необычным образом взаимодействовать со светом или другими волнами. В данном случае исследователи использовали наноразмерную многослойность из феррит-рантовой подложки, магнитного материала с необычными свойствами, и нанесённого на неё набора из множества кремниевых «столбиков» диаметром в 280 нанометров.
Таким образом, кремниевые наноцилиндры работают как резонаторы, захватывая свет и многократно усиливая его взаимодействие с магнитной плёнкой. Благодаря этому даже слабые собственные магнитооптические эффекты плёнки многократно возрастают на определённых резонансных длинах волн, что позволяет очень гибко манипулировать поляризацией света, нагревая плёнку до температуры от 21 до 215 градусов Цельсия.
Нам удалось «оживить» метаповерхность, сделав её управляемой. Нагрев немного меняет оптические свойства материалов, но из-за резонансной природы нашей структуры даже эти малые изменения приводят к гигантскому сдвигу в магнитооптическом отклике. Мы смогли не просто приглушить или усилить эффект, а полностью инвертировать его знак, что ранее было невозможно сделать в динамическом режиме.
— Полина Зорина, исследователь из МФТИ (Долгопрудный)