Аномальное увеличение показателя преломления у нового класса материалов — двойных систем «кристалл — жидкость», выявила команда исследователей, в которую вошли ученые Казанского федерального университета (КФУ) и американского университета Пердью, 29 августа сообщает пресс-служба КФУ.

Результаты исследования авторы представили в статье «Как импульс фотона в ближнем поле приводит к необычным оптическим явлениям: мнение», опубликованной в журнале Optical Materials Express Том 14, Выпуск 8. Полученные в данной работе фундаментальные знания станут основой для нового научного направления в современной физике — нелокальной фотонике.

Под руководством заведующего кафедрой оптики и нанофотоники Института физики КФУ Сергея Харинцева сотрудники НИЛ «Квантовая фотоника и метаматериалы» установили, что двойные системы «кристалл — жидкость», синтезируемые с помощью самосборки наночастиц или термооптического отжига аморфных пленок, способны преодолеть фундаментальные ограничения показателя преломления среды.

Профессор Сергей Харинцев рассказал об основных результатах проделанного коллективом исследования:

«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. При освещении таких систем обычным лазерным светом генерируются пространственно-сжатые фотоны, которые обладают гигантским импульсом, сравнимым с импульсом электрона».

Такой фотон в твердых телах усиленно взаимодействует с электроном, а главным результатом этого взаимодействия является увеличение показателя преломления двойных систем «кристалл — жидкость», достигающее выходящих за фундаментальные ограничения значений.

Харинцев уточнил, что это явление «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».

Этот гигантский импульс фотона оптического ближнего поля, кроме того, обеспечивает непрямые оптические переходы в металлах и полупроводниках. Соавтор статьи, сотрудница НИЛ «Квантовая фотоника и метаматериалы» Института физики КФУ Элина Батталова пояснила:

«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. В наших экспериментах мы использовали этот новый спектроскопический метод для структурного анализа аморфокристаллического кремния и германия, галоидных перовскитов, сульфида молибдена и воды».

В дальнейшем исследователи намерены использовать этот метод для количественного анализа локального показателя преломления двойных систем «кристалл — жидкость», поделилась Элина Батталова.

Развитие новой материальной платформы, основанной на двойных системах «кристалл — жидкость», критически важно для создания передовых технологий в таких областях науки и производства, как водородная энергетика, сенсорика, безрезонаторные нанолазеры, субдифракционная широкопольная оптическая визуализация, беспроцессорные нейроморфные вычисления.