Метаматериалы вплотную подошли к оптическому диапазону

Сетчатый метаматериал, сконструированный группой Владимира Шалаева из Университета Пердью. Отверстия диаметром порядка 120 нм расположены на расстоянии 300 нм друг от друга. (Фото с сайта physicsweb.org)
Сетчатый метаматериал, сконструированный группой Владимира Шалаева из Университета Пердью. Отверстия диаметром порядка 120 нм расположены на расстоянии 300 нм друг от друга. (Фото с сайта physicsweb.org)

В Соединенных Штатах создан оптически прозрачный материал, обладающий отрицательным показателем преломления в инфракрасной области непосредственно вблизи границы видимого света. Его сконструировали ученые из Университета Пердью (Purdue University), возглавляемые профессором Владимиром Шалаевым (Vladimir M. Shalaev).

Материалы с отрицательным показателем преломления принято называть метаматериалами. При попадании в такую среду из среды с обычными оптическими свойствами падающий луч меняет не только величину угла с перпендикуляром к поверхности раздела, как при нормальном преломлении, но и его знак. В 1967 году советский физик Виктор Веселаго показал, что отрицательным показателем преломления должны обладать среды с отрицательными индексами магнитной и диэлектрической проницаемости. Значения этих индексов, в свою очередь, зависят от длины волны электромагнитного излучения, проходящего через среду. Материалы, обладающие отрицательным показателем преломления в инфракрасной зоне, создавались и раньше, однако ни один из них не сохраняет это свойство при прохождении излучения с длинами волн менее 1500 нанометров.

Владимир Шалаев (справа) и Виктор Георгиевич Веселаго. Испания, Сан-Себастьян, 2005 год (фото с персональной страницы Владимира Шалаева на сайте Университета Пердью: cobweb.ecn.purdue.edu/~shalaev/)
Владимир Шалаев (справа) и Виктор Георгиевич Веселаго. Испания, Сан-Себастьян, 2005 год (фото с персональной страницы Владимира Шалаева на сайте Университета Пердью)

Метаматериал группы Шалаева представляет из себя сандвич из двух листов серебра, разделенных тонким слоем окиси алюминия. В нём прорезаны прямоугольные отверстия поперечником около 120 нанометров, лежащие на расстоянии 300 нанометров друг от друга. Эта дырчатая структура обладает коэффициентом преломления –1,1 при длинах волн инфракрасного света, лежащих в промежутке 818–799 нанометров. Этот участок расположен совсем недалеко от зоны видимого света, которая приходится на волновой диапазон от 780 нанометров (красный свет) до 380 нанометров (фиолетовый).

Профессор Шалаев полагает, что вскоре ему удастся создать аналогичную структуру, которая будет демонстрировать отрицательное преломление уже для красного света. Правда, в своем нынешнем виде подобные структуры довольно сильно поглощают свет и потому не годятся для изготовления оптических фокусирующих устройств типа так называемой суперлинзы Веселаго, о которой мы недавно рассказывали. Эту проблему еще предстоит решить. Однако Владимир Шалаев надеется, что с их помощью можно будет изготавливать так называемые гиперлинзы — оптические приборы, разрешающая способность которых не будет ограничена длиной световой волны (то, что в оптике называется дифракционным пределом). Общая концепция таких устройств, выполненных на базе метаматериалов, была недавно развита физиками из Принстонского университета Зубином Джейкобом, Леонидом Алексеевым и Евгением Наримановым (см. Optical Hyperlens: Far-field imaging beyond the diffraction limit, Pdf, 450 Кб).

Алексей Левин

Источник: Double-negative metamaterial edges towards the visible // PhysicsWeb, 16.03.2007.

См. также:
1) Электронную линзу Веселаго можно изготовить из графена, «Элементы», 12.03.2007.
2) Дж. Пендри, Д. Смит. В поисках суперлинзы («В мире науки» №11, 2006).
3) Суперлинзы становятся все реальнее, «Элементы», 20.10.2005.


0
Написать комментарий


    Другие новости


    Элементы

    © 2005-2017 «Элементы»