Ученые упростили разработку оптических наносистем

Ученые Московского физико-технического института нашли способ облегчить проектирование различных устройств, использующих графен и метаматериалы, привлекающие большое внимание как ученых, так и инженеров. Они создали модель, описывающую взаимодействие света с произвольной поверхностью и позволяющую напрямую получить так называемую матрицу рассеяния, важнейшую характеристику оптической системы. О полученных результатах сообщает пресс-релиз МФТИ.

Работа исследователей из МФТИ и Университета Лиона (Франция) опубликована в журнале Physical Review E. Статья содержит описание методики, которая позволяет рассчитать матрицу рассеяния или, как ее называют специалисты, S-матрицу. Эта матрица играет фундаментальную роль в задаче, которая встает перед инженерами, проектирующими оптические приборы: на основе информации о падающем на деталь свете необходимо предсказать то, куда этот свет попадет далее.

Эта задача далеко не тривиальна, поскольку известное по школьной программе правило «угол падения равен углу отражения» работает только для зеркал, да и то при оговорке, что зеркало непрозрачное, идеально чистое и не поглощает света. В современных оптических устройствах могут использоваться разного рода тонкие пленки, а в последние годы возрос интерес к так называемым метаматериалам и метаповерхностям — искусственно созданным структурам, которые могут проявлять уникальные свойства, не встречающиеся у природных материалов. Например, они могут представлять собой сложные регулярные структуры вроде гребенки, частокола микроскопических колонн или других фигур. Такие неровности при взаимодействии с падающим светом могут давать самые неожиданные эффекты: вплоть до отрицательного, немыслимого с точки зрения классической оптики, коэффициента преломления.

S-матрица представляет собой прямоугольную таблицу чисел, характеризующих переход от падающих электромагнитных волн к волнам, которые распространяются от поверхности материала. Она позволяет напрямую рассчитать все характеристики рассеянного излучения на основании характеристик падающих волн. Исследователи вывели формулы для расчета компонентов этой матрицы.

«Оптические элементы, — рассказывает Алексей Щербаков, старший научный сотрудник лаборатории нанооптики плазмоники МФТИ, — можно представить составленными из более простых блоков. Если мы знаем S-матрицу этого блока, то нам уже неважно, из чего он состоит и какие там микроскопические параметры (форма, размеры, материал). То есть если известна эта характеристика для некоего черного ящика, то уже не так важно, что внутри этого ящика. Зная S-матрицы разных блоков, мы можем их комбинировать с помощью достаточно простого правила, составлять новые элементы и сразу получать новые матрицы. Это более высокий уровень абстракции, чем модельное описание микроскопических параметров оптических подсистем».

Новый подход был продемонстрирован на примере гофрированной поверхности, которая взаимодействует с терагерцовым излучением. Это излучение, которое в спектре находится между инфракрасным и СВЧ-диапазоном, сегодня активно внедряется в системы безопасности и медицину: оно не несет опасности рентгена, но позволяет, например, увидеть пистолет под одеждой или опухоль под кожей. Физики продемонстрировали, что новая модель способна просчитать отражение терагерцовых волн от гребенки со сложным составом: снизу кремний, далее оксид кремния, а на самом верху — графен, известный своей способностью реагировать на терагерцовое излучение возбуждением внутренних электромагнитных колебаний, так называемых плазмонов.

Несмотря на то, что новая работа носит теоретический характер, она тесно привязана к ряду практических исследований. Современная оптика не ограничивается привычными устройствами ночного видения, фотоаппаратами и микроскопами/телескопами — это лазеры, оптоволоконные линии связи, всевозможные датчики и научные приборы вроде спектрографов. И практически везде возможность целенаправленно менять оптические свойства поверхности играет ключевую роль в проектировании устройства.


Добавлено: 20 июн 2018 в 01:27, Журналист, сотрудник ИА "NewsTes"
По материалам: polit.ru

Загрузка...
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:




Лента новостей
Русский язык утратил статус регионального в Херсонской области - 22:54 Русский язык утратил статус регионального в Херсонской областиКакие закуски не совместимы с алкоголем: чем нельзя закусывать спиртное - 22:52 Какие закуски не совместимы с алкоголем: чем нельзя закусывать спиртноеНОМ не зафиксировал крупных нарушений при подготовке к выборам в Приморье - 22:43 НОМ не зафиксировал крупных нарушений при подготовке к выборам в ПриморьеДва человека загадочным образом умерли на антарктической станции Мак-Мердо - 22:42 Два человека загадочным образом умерли на антарктической станции Мак-МердоДесять автомобилей столкнулись на петербургской КАД - 22:33 Десять автомобилей столкнулись на петербургской КАДНовые правила сдачи ЕГЭ - 22:30 Новые правила сдачи ЕГЭ«Она меня поцеловала»: Юнкер утверждает, что не оскорблял Мэй - 22:26 «Она меня поцеловала»: Юнкер утверждает, что не оскорблял МэйОпрос: Джо Байден — фаворит демократов в качестве кандидата в президенты США - 22:21 Опрос: Джо Байден — фаворит демократов в качестве кандидата в президенты СШАМаменькины сынки – 5 знаков зодиака, способных со своей мамашей превратить вашу жизнь в ад - 22:12 Маменькины сынки – 5 знаков зодиака, способных со своей мамашей превратить вашу жизнь в адРунет защитят от США законом - 22:09 Рунет защитят от США закономАмериканский самолет развернули в небе из-за жуткой находки - 22:00 Американский самолет развернули в небе из-за жуткой находкиВидят все: Google тайно подсматривает за пользователями Android - 21:57 Видят все: Google тайно подсматривает за пользователями Android«Единая Россия» на следующей неделе обсудит законопроект о защите Рунета - 21:52 «Единая Россия» на следующей неделе обсудит законопроект о защите РунетаМеркель считает протесты «желтых жилетов» частью демократии - 21:52 Меркель считает протесты «желтых жилетов» частью демократии
Последние новости
«Сатанинское сборище» — Украинский архиепископ отказался участвовать в «объединительном соборе» - 00:14 «Сатанинское сборище» — Украинский архиепископ отказался участвовать в «объединительном соборе» Лоукост Laudamotion продает билеты из Киева в Вену за 9,9 евро - 00:08 Лоукост Laudamotion продает билеты из Киева в Вену за 9,9 евро Австрийский МИД: Позиция Вены по «Северному потоку — 2» не изменилась - 00:00 Австрийский МИД: Позиция Вены по «Северному потоку — 2» не изменилась В Украине повысили цену электроэнергии для оптовиков - 23:57 В Украине повысили цену электроэнергии для оптовиков Украинцев взбесило издевательство над Киевом компании Huawei - 23:49 Украинцев взбесило издевательство над Киевом компании Huawei Помпео: США примут меры против саудовцев, виновных в убийстве Хашогги - 23:45 Помпео: США примут меры против саудовцев, виновных в убийстве Хашогги Посольство США просит американцев избегать массовых акций в Киеве - 23:36 Посольство США просит американцев избегать массовых акций в Киеве Лукашенко убеждает, что в Белоруссии новая российская авиабаза не нужна - 23:17 Лукашенко убеждает, что в Белоруссии новая российская авиабаза не нужна На Ямале 3х-летний малыш задохнулся в стиральной машине - 23:17 На Ямале 3х-летний малыш задохнулся в стиральной машине 3 знака Зодиака, которые ожидают большие неприятности под Новый год - 23:16 3 знака Зодиака, которые ожидают большие неприятности под Новый год Меркель считает, что оснований для отмены санкций против РФ нет - 23:11 Меркель считает, что оснований для отмены санкций против РФ нет Помпео и Мэттис обсудили с канадскими коллегами ситуацию в Керченском проливе - 23:11 Помпео и Мэттис обсудили с канадскими коллегами ситуацию в Керченском проливе В Канаде хотят продолжить миссию UNIFIER в Украине - 22:57 В Канаде хотят продолжить миссию UNIFIER в Украине