Исследователи из Национального Института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) дополнили список функций метаматериалов ещё одним пунктом. Используя слои серебра, стекла и металлического структурированного покрытия, учёные создали оптический диод – материал, пропускающий свет видимого диапазона в одном направлении и блокирующий свет, движущийся в обратном направлении.
В последние годы учёные разработали и создали достаточно большое количество материалов, выполняющих функции диода для микроволнового и инфракрасного излучений. Структуры из таких материалов являются элементарными блоками фотонных чипов, в которых происходит расщепление и комбинация лучей света, несущих закодированную информацию. Но до последнего времени все попытки создания оптического диода, эффективно работающего со светом видимого диапазона, заканчивались неудачей: создаваемые учёными оптические диодные устройства не могли быть миниатюризированы до уровня, позволяющего их использование на кристаллах специализированных чипов.
Для решения проблемы исследователи NIST объединили два различных типа наноструктур: многослойный блок, состоящий из чередующихся слоёв серебра и стекла, и металлическое покрытие со специально структурированной поверхностью.
Многослойная стеклянно-серебряная структура представляет собой яркий образчик материала с «гиперболическими» оптическими свойствами, который влияет на свет по-разному в зависимости от угла падения света. Материал состоит из слоёв стекла и серебра, толщина которых колеблется в пределах нескольких десятков нанометров, что соответствует длинам волн света от 400 до 700 нм. Правда, в объёме такого материала свет может распространяться только под некоторыми фиксированными углами, количество которых крайне ограничено.
Компьютерное моделирование показало, что для получения требуемых оптических характеристик учёным необходимо создать 20 чередующихся слоёв. При помощи установки осаждения тонких плёнок NanoFab был изготовлен требующийся многослойный материал, на верхнюю поверхность которого затем были осаждены решётки из хрома, имеющие узкий интервал, кратный длинам волны света. Эти решётки позволили разделить свет на спектральные составляющие от красного до зелёного, которые прошли сквозь слои нижнего материала под различными углами. На нижней поверхности многослойного материала была также сделана подобная хромовая решётка, выполняющая функцию обратного преобразования, которая из света разных цветов скомбинировала свет, цвет которого полностью совпадает с цветом исходного света.
Интервал второй решётки, комбинирующей свет, отличается от интервала первой решётки, расщепляющей исходный свет. Это приводит к тому, что свет, падающий на структуру оптического диода в обратном направлении, расщепляется на спектральные составляющие, распространяющиеся под «неправильными» углами, которые быстро затухают, проходя через чередующиеся слои стекла и серебра. Опытные образцы оптического диода продемонстрировали, что сила света, проходящего в прямом направлении, в 30 раз больше силы света, которому удаётся пройти через диод в обратном направлении, и этот показатель является самым большим показателем для любого оптического диода, созданного на данный момент другими группами учёных.
В будущем элементы, изготовленные из подобного материала, могут быть легко интегрированы в структуру фотонных чипов, внутри которых происходит передача и обработка информации при помощи только оптических методов. Кроме этого, оптические диоды могут быть использованы в качестве элементов датчиков различных физических величин, некоторые из которых в нынешнее время можно измерять с огромными затруднениями.
Dailytechinfo.org со ссылкой на Esciencenews.com
Комментарии