fbpx
Назад
19 августа, 2022

Революция в обработке наномеханических фотонных метаматериалов

Активные нанооптомеханические «метаустройства» открывают двери для разработки компактных маломощных фотонных переключающих устройств.

Исследовательская группа по нанофотонике и метаматериалам в Исследовательском центре оптоэлектроники Саутгемптонского университета (Саутгемптон, Великобритания) является пионером в области наномеханических фотонных метаматериалов.

Почти десятилетие назад возможность оптомеханической асимметрии, при которой оптические силы могут использоваться для динамической реконфигурации структуры по-разному для противоположных направлений распространения света, обеспечивая различные оптические свойства, была впервые предсказана при вычислительном моделировании.

До сих пор эта концепция оставалась нереализованной из-за проблем, связанных с изготовлением подходящего метаматериала и разработкой эксперимента, в котором можно было бы однозначно наблюдать эффект.

«Мы все знакомы с фазовыми переходами и тем фактом, что изменение расположения атомов или молекул внутри материала меняет его свойства», — говорит Кевин Макдональд, профессор нанофотоники. «Применительно к оптическим устройствам подумайте об индуцированных светом аморфно-кристаллических переходах в халькогенидном стекле, лежащих в основе технологии перезаписываемых CD/DVD, или об электрически управляемых изменениях ориентации или взаимного расположения молекул, используемых в жидкокристаллических дисплеях».

Управление обратимыми структурными переходами

Наномеханические фотонные метаматериалы представляют собой легко адаптируемую платформу, в которой внешние электрические, магнитные, тепловые, акустические и оптические стимулы могут аналогичным образом задействоваться для управления обратимыми структурными переходами в виде смещений «метаатомного» масштаба от пико до нанометров. блоки - модулирующие оптические (от видимого до ближнего инфракрасного) свойства ансамбля метаматериалов.

«В этой работе мы используем нетепловые оптические силы, генерируемые внутри полностью диэлектрического наномеханического метаматериала — между соседними метаатомами кремния, поддерживаемыми гибким каркасом из нитрида кремния, — для динамической реконфигурации структуры таким образом, который зависит от направления распространения света. — говорит Макдональд. «Таким образом, существует вызванное светом изменение оптических свойств среды, которое различно для номинально «прямого» и «обратного» направлений освещения».

Эта работа показывает, как сильная оптическая нелинейность может быть достигнута за счет объединения оптических и механических резонансов, что позволяет осуществлять полностью оптическую (свет за светом) модуляцию передачи на уровнях мощности микроватт в структурах толщиной всего в долю длины волны.

Эти нано-оптомеханические «метаустройства» открывают новые возможности для разработки компактных маломощных фотонных переключающих устройств.

«Самый приятный аспект этой работы заключается в том, что в экспериментальных измерениях пропускания метаматериала мы можем идентифицировать и четко различать признаки пикометрического теплового (броуновского) и оптически индуцированного движения отдельных механических элементов метаматериала, а в последнем случае между тепловыми и нетепловыми движущими механизмами, то есть между оптическим нагревом и оптическими силами», — говорит Макдональд.

Что дальше? «Мы продолжаем изучать физику и технологию взаимодействия света и вещества в наноструктурированных материалах, включая методы визуализации и оптического управления движением от нано- до пикомасштаба, в рамках гранта Совета по инженерным и физическим наукам (EPSRC) по программе следующего поколения. метрология, основанная на нанофотонике», — говорит Макдональд.