Инженерам удалось поймать радугу

Инженеры Университета Баффало изобрели эффективный способ «ловить» радугу

Их открытие стало значительным шагом вперед в области фотоники или стекловолоконной оптики и может привести к технологическим прорывам в области солнечной энергетики, стелс-технологий и в других областях исследований.

Кандидат медицинских наук, доцент кафедры электротехники в Университете Баффало Квиаоквианг Ган опубликовал результаты совместной с его аспирантами работы в статье под названием «Захват радуги гиперболическими метаматериальными волноводами», вышедшей 13 февраля в журнале Scientific Reports.

Ученые разработали «гиперболический метаматериальный волновод», который по своей сути является инновационным в плане технического развития микрочипом, изготовленным из альтернативных ультратонких металлических пленок, полупроводников и изоляторов. Волновод приостанавливает и, в конце концов, поглощает каждую частоту света в вертикальном направлении, чтобы «поймать» радужные длины волн.

Квиаоквианг Ган работает в исследовательском центре развития прикладной информатики при Университете Баффало.

«Электромагнитные амортизаторы исследуются уже долгие годы, особенно в сфере разработок военных радарных систем, – рассказывает Ган. – Сегодня исследователи занимаются разработкой компактных поглотителей света на основе оптических полупроводников и углеродных нанотрубок. Однако работа идет медленно, так как сложно создать идеальный поглотитель, состоящий из ультратонких пленок с перестраиваемой полосой поглощения».

Как известно, основу света составляют фотоны, скорость движения которых и является скоростью света, поэтому научиться их контролировать очень трудно. В ходе своей работы ученые решили попытаться использовать криогенные газы, однако из-за низкой температуры таких газов, составляющей около 240 градусов ниже нуля по шкале Фаренгейта, работать с ними в обычной лаборатории просто не смогли.

Приближенный план «гиперболического метаматериального волновода», который ловит и поглощает длины волны (или цвет) в вертикальном направлении. Фото с сайта buffalo.edu

В свое время, когда Ган еще не работал в Университете Буффало, с командой ученых Университета Лихай он достиг первых успехов в решении задачи поглощения света без использования холодных газов. Ученые научились создавать пазы наноразмеров внутри поверхности металла на различных глубинах, что меняло его световые свойства, однако в функционировании такой системы были свои пределы. Например, эффективно передать энергию падающего света на металлическую поверхность практически невозможно, что затрудняет ее использование для практического применения, объясняет Ган.

В гиперболических метаматериальных волноводах эта проблема решается благодаря тому, что большая часть их ультратонких пленок покрыта узорами, способными эффективно «собирать» попадающий на них свет. Система работает по принципу создания искусственной среды с субволновыми характеристиками, которые позволяют ей «ловить» волны широкого диапазона длин в различных частотах, включая видимый, ближний инфракрасный, терагерцовый, средний ИК-диапазоны и диапазон микроволновой печи.

Открытие может найти применение в различных сферах деятельности. Например, в электронике есть явление, известное как перекрестные помехи, в котором сигнал, попадая на одну цепь или канал, создает нежелательный эффект в другой цепи или канале. Новые чипы-поглотители способны предотвратить такие помехи.

Встроенный амортизатор может быть применен и в панели солнечных батарей, и в работающих от батарей инструментах уборки. Новинка может оказаться особенно полезной в средней инфракрасной области спектра, к которой относятся тепловые поглотители для различных устройств, регулирующих температуру после захода солнца.

В конструкцию современных армейских новинок, таких как, например, бомбардировщики «Стелс», входят материалы, делающие самолеты, корабли и другую технику невидимыми для радаров, инфракрасных лучей, гидролокаторов и других средств обнаружения. Так как чипы способны поглощать различные длины волн на множестве частот, они смогут служить и в качестве материала для создания покрова невидимости в масштабах обширной местности.