(02.09.2024)
Ученые Казанского федерального университета совместно с коллегами из университета Пердью (США) обнаружили аномальное увеличение показателя преломления у нового класса материалов, представляющих двойные системы "кристалл–жидкость".
Полученные в работе фундаментальные знания сформируют основу для нового научного направления в современной физике — нелокальная фотоника.
Сотрудники НИЛ "Квантовая фотоника и метаматериалы", созданной в Институте физики КФУ в рамках программы стратегического академического лидерства "Приоритет-2030" под руководством заведующего кафедрой оптики и нанофотоники Сергея Харинцева, установили, что двойные системы "кристалл–жидкость", синтезируемые с помощью самосборки наночастиц или термооптического отжига аморфных пленок, могут преодолеть фундаментальные ограничения показателя преломления среды.
Результаты исследования представлены в статье, опубликованной в журнале Optical Materials Express. Редакция разместила иллюстрацию основного результата работы авторов на обложке журнала.
"В этой работе продемонстрирована фундаментальная роль импульса оптического сжатого фотона в процессе рассеяния света на двойных системах "кристалл–жидкость", в которых ближний беспорядок трансформируется в дальний порядок, — рассказывает профессор Сергей Харинцев. — При освещении таких систем обычным лазерным светом генерируются пространственно-сжатые фотоны, которые обладают гигантским импульсом, сравнимым с импульсом электрона. Это приводит к усиленному взаимодействию фотона и электрона в твердых телах. Главным результатом такого взаимодействия является высокий показатель преломления двойных систем "кристалл–жидкость", который может достигать значений, выходящих за фундаментальные ограничения. Высокий показатель преломления открывает уникальные возможности в оптоэлектронике и квантовых вычислениях благодаря увеличенной фотонной плотности состояний, быстрым фазовым осцилляциям волнового фронта, оптическому конфайнменту, делокализации оптического ближнего поля и не только".
Кроме того, увеличенный импульс фотона оптического ближнего поля обеспечивает непрямые оптические переходы в металлах и полупроводниках, подчеркнула соавтор статьи, сотрудник НИЛ "Квантовая фотоника и метаматериалы" Института физики КФУ Элина Батталова.
"Непрямые оптические переходы в твердых телах экспериментально были подтверждены с помощью электронного комбинационного рассеяния света, интенсивность и сдвиг которого зависят от размера пространственных структур и их упаковки, — рассказывает Э. Батталова. — В наших экспериментах мы использовали этот новый спектроскопический метод для структурного анализа аморфокристаллического кремния и германия, галоидных перовскитов, сульфида молибдена и воды. В будущем мы планируем применить данный метод для количественного анализа локального показателя преломления двойных систем "кристалл–жидкость".
Развитие новой материальной платформы, основанной на двойных системах "кристалл–жидкость", критически важно для разработки передовых технологий в таких прикладных областях, как водородная энергетика, сенсорика, безрезонаторные нанолазеры, субдифракционная широкопольная оптическая визуализация, беспроцессорные нейроморфные вычисления.
Исследования выполнены за счет субсидии, выделенной Казанскому федеральному университету для выполнения государственного задания в сфере научной деятельности (Проект FZSM-2022-0021) и служат целям реализации нацпроекта "Наука и университеты".
