Управление светом при помощи нанотехнологий: метамассив из алюминиевых пирамидок усилил и направил световой поток

Ученые-физики уже довольно давно отметили тот факт, что искусственно созданные материалы — так называемые метаматериалы, имеющие субволновую структуру — взаимодействуют со светом совсем иначе, нежели естественные. А последние исследования нидерландского Института атомной и молекулярной физики и Технологического института Эйндховена показали, что метаматериал, представляющий собой массив из микроскопических алюминиевых частиц пирамидальной формы, способен избирательно реагировать на световые волны разной длины.

Электрическая поляризуемость естественных материалов намного превосходит магнитную. Однако наночастицы, из которых состоят метаматериалы, поддаются трансформации и за счет этого их магнитная поляризуемость может быть искусственно повышена практически до уровня электрической. Именно эту работу и провели сотрудники голландских научных институтов, в итоге остановившись именно на форме маленьких усеченных пирамидок из алюминия.

Непосредственный эксперимент проводился на массиве пирамидок с шагом 400 нанометров, покрытом полистиреном. Также в состав метаматериала был добавлен органический краситель, реагирующий красным световым излучением на синий свет лазера.

В ходе эксперимента метаматериал был подвергнут воздействию волн диапазоном от 550 до 700 нанометров. Если при 660 нанометрах алюминиевые пирамиды, составляющие метамассив, поглощали световой поток и отдавали лишь плазмоны, сохраняя метаматериал непрозрачным, то уже при 600 нанометрах массив стал почти прозрачным — стоячая электромагнитная волна, спродуцированная рассеиванием света, облегчала его прохождение. Однако на 580 нанометрах прозрачность снова была потеряна — плазмонные колебания вступили в резонанс с решеточным рассеиванием, и световая энергия трансформировалась в электронные колебания.

Воздействие синего лазера на органический краситель, присутствующий в метамассиве, спровоцировало излучение красного света — причем решеточное рассеивание и плазмонный резонанс это излучение ассиметрично усилили. Интенсивность излучения вверх составила максимальные 660 нанометров, вниз — 580 нанометров.

По мнению ученых, сделанное открытие окажется полезным в разработках, связанных с микроскопическими светодиодами — новый метаматериал поможет регулировать направленность светового потока.