В МФТИ упростили описание "строительных кубиков" оптических наносистем

Фото: open-dubna.ru

Физики из МФТИ нашли способ облегчить проектирование различных устройств, использующих графен и метаматериалы, привлекающие большое внимание как ученых, так и инженеров. Они создали модель, описывающую взаимодействие света с произвольной поверхностью и позволяющую напрямую получить так называемую матрицу рассеяния, важнейшую характеристику оптической системы.

Работа исследователей из МФТИ и Университета Лиона (Франция) опубликована в журнале Physical Review E. Статья содержит описание методики, которая позволяет рассчитать матрицу рассеяния или, как ее называют специалисты, S-матрицу. Эта матрица играет фундаментальную роль в задаче, которая встает перед инженерами, проектирующими оптические приборы: на основе информации о падающем на деталь свете необходимо предсказать то, куда этот свет попадет далее.

Эта задача далеко не тривиальна, поскольку известное по школьной программе правило "угол падения равен углу отражения" работает только для зеркал, да и то при оговорке, что зеркало непрозрачное, идеально чистое и не поглощает света. В современных оптических устройствах могут использоваться разного рода тонкие пленки, а в последние годы возрос интерес к так называемым метаматериалам и метаповерхностям — искусственно созданным структурам, которые могут проявлять уникальные свойства, не встречающиеся у природных материалов. Например, они могут представлять собой сложные регулярные структуры вроде гребенки, частокола микроскопических колонн или других фигур. Такие неровности при взаимодействии с падающим светом могут давать самые неожиданные эффекты: вплоть до отрицательного, немыслимого с точки зрения классической оптики, коэффициента преломления.

S-матрица представляет собой прямоугольную таблицу чисел, характеризующих переход от падающих электромагнитных волн к волнам, которые распространяются от поверхности материала. Она позволяет напрямую рассчитать все характеристики рассеянного излучения на основании характеристик падающих волн. Исследователи вывели формулы для расчета компонентов этой матрицы.

"Оптические элементы, — рассказывает Алексей Щербаков, старший научный сотрудник лаборатории нанооптики плазмоники МФТИ, — можно представить составленными из более простых блоков. Если мы знаем S-матрицу этого блока, то нам уже неважно, из чего он состоит и какие там микроскопические параметры (форма, размеры, материал). То есть если известна эта характеристика для некоего черного ящика, то уже не так важно, что внутри этого ящика. Зная S-матрицы разных блоков, мы можем их комбинировать с помощью достаточно простого правила, составлять новые элементы и сразу получать новые матрицы. Это более высокий уровень абстракции, чем модельное описание микроскопических параметров оптических подсистем".

Новый подход был продемонстрирован на примере гофрированной поверхности, которая взаимодействует с терагерцовым излучением. Это излучение, которое в спектре находится между инфракрасным и СВЧ-диапазоном, сегодня активно внедряется в системы безопасности и медицину: оно не несет опасности рентгена, но позволяет, например, увидеть пистолет под одеждой или опухоль под кожей. Физики продемонстрировали, что новая модель способна просчитать отражение терагерцовых волн от гребенки со сложным составом: снизу кремний, далее оксид кремния, а на самом верху — графен, известный своей способностью реагировать на терагерцовое излучение возбуждением внутренних электромагнитных колебаний, так называемых плазмонов.

Несмотря на то, что новая работа носит теоретический характер, она тесно привязана к ряду практических исследований. Современная оптика не ограничивается привычными устройствами ночного видения, фотоаппаратами и микроскопами/телескопами — это лазеры, оптоволоконные линии связи, всевозможные датчики и научные приборы вроде спектрографов. И практически везде возможность целенаправленно менять оптические свойства поверхности играет ключевую роль в проектировании устройства.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.

Источник

Автор: Татьяна Небольсина

Последние новости Подмосковья по теме:
В МФТИ упростили описание "строительных кубиков" оптических наносистем

- Долгопрудный
Иллюстрация. Рассеяние света. Дизайнер @Lion_on_helium, пресс-служба МФТИ Физики из МФТИ нашли способ облегчить проектирование различных устройств, использующих графен и метаматериалы,
00:51 20.06.2018 МФТИ
В МФТИ упростили описание "строительных кубиков" оптических наносистем - OpenDubna.Ru
В МФТИ упростили описание "строительных кубиков" оптических наносистем - Дубна
Физики из МФТИ нашли способ облегчить проектирование различных устройств, использующих графен и метаматериалы, привлекающие большое внимание как ученых, так и инженеров.
04:10 19.06.2018 OpenDubna.Ru
- Долгопрудный
Физики из МФТИ нашли способ облегчить проектирование различных устройств, использующих графен и метаматериалы, привлекающие большое внимание как ученых, так и инженеров.
19:30 18.06.2018 Долгие Пруды
 
По теме
Чешская делегация - Газета Встреча В двадцатых числах октября Объединенный институт ядерных исследований с ознакомительным визитом посетила чешская делегация.
15.11.2018
Хозяйкой сессий Финансового комитета и Комитета полномочных представителей правительств государств-членов ОИЯИ станет столица Румынии Бухарест,
15.11.2018
Лучший кондитер области - из Дубны! - Газета Встреча 30 октября состоялся Московский областной чемпионат «Абилимпикс-2018», в котором Аграрно-технологический техникум «Дубна» по компетенции «Кондитерское дело» представлял студент 3 курса Евгений Цуриков.
15.11.2018
 
Девятиклассники школы № 1 Подольска прошли пробное собеседование по русскому языку - Администрация г.Подольск 35 девятиклассников школы № 1 Подольска прошли пробное итоговое собеседование по русскому языку – это испытание планируют сделать обязательным для допуска к ГИА-9.
14.11.2018
Раздельный сбор мусора - Правительство Московской области Источник: РИАМО , Ксения Корнеева Урок по раздельному сбору мусора провели для учеников одной из школ в микрорайоне Дзержинского в Балашихе, сообщает пресс-служба администрации муниципалитета.
14.11.2018
 
Лучший кондитер области - из Дубны! - Газета Встреча 30 октября состоялся Московский областной чемпионат «Абилимпикс-2018», в котором Аграрно-технологический техникум «Дубна» по компетенции «Кондитерское дело» представлял студент 3 курса Евгений Цуриков.
15.11.2018 Газета Встреча
Чешская делегация - Газета Встреча В двадцатых числах октября Объединенный институт ядерных исследований с ознакомительным визитом посетила чешская делегация.
15.11.2018 Газета Встреча
65-летие Центральной детской библиотеки отметили 12 ноября в Балашихе. Более 70 человек участвовало в праздничном вечере, который назывался «Юбилейный калейдоскоп».
13.11.2018 Газета Факт
Спокойный, размеренный день гимназистов был прерван сигналом тревоги. И несмотря на то, что бомбу заложили условно, все ребята успели эвакуироваться, и экстренные службы приехали вовремя.
13.11.2018 Пущинская среда
В «Ленте» сработала пожарная сигнализация - Истринские ВСети Сегодня в 9 часов утра в торговом зале гипермаркета сработала пожарная тревога По громкоговорителям, расположенным в зале, была объявлена эвакуация посетителей и сотрудников магазина.
14.11.2018 Истринские ВСети
Вчерашней ночью в Высоковске произошел пожар в одной из бывших казарм. Загорелась квартира на третьем этаже в доме по адресу Ленина, 6, в которой проживала женщина с тремя несовершеннолетними детьми.
14.11.2018 Серп и Молот
Выставка картин - Правительство Московской области Источник: © , Лыткаринское информационное агентство Рузскому краеведческому музею передадут нежилое помещение в поселке Тучково, там будут оборудованы дополнительные выставочные залы,
14.11.2018 Правительство Московской области
Великие имена России - Щёлковский район Выбрать имена выдающихся соотечественников, которые дополнят названия аэропортов Домодедово и Шереметьево, можно до 30 ноября.
14.11.2018 Щёлковский район
На основе 50-процентного софинансирования в 2019 — 2023 годах для домов культуры и школ искусств Подмосковья, в том числе ДШИ имени Якова Флиера в Орехово-Зуеве, планируют закупить около 3,5 тысячи баянов, фортепиано,
14.11.2018 Орехово-Зуевская правда
В 2017 году исполнилось 120 лет Русского Дома им. Бородиной в южно-тирольском городе Мерано, Италия Все началось с того, что дочь надворного советника Надежда Ивановна Бородина лечилась от чахотки в Мерано.
14.11.2018 Подольский рабочий
Посвятить целых два дня Подмосковным красотам, истории любимой страны и красивейшим достопримечательностям, зарядиться бодростью и надышаться свежим воздухом,
14.11.2018 Копейка
1 - ФК Химки Сегодня вечером в матче 22-го тура Олимп-ФНЛ красно-черные на выезде встречались с курским «Авангардом».
15.11.2018 ФК Химки
Работы по установке автопавильонов на остановках в Городском округе Подольск завершатся до 30 ноября - Администрация г.Подольск О проводимой работе по замене остановочных павильонов на территории Городского округа Подольск рассказал на оперативном совещании, состоявшемся в администрации 14 ноября,
14.11.2018 Администрация г.Подольск
Планируя тренировать своих детей, сотрудники одного из производственных предприятий Балашихи заручились поддержкой состоявшихся спортсменов и оборудовали настоящий футбольный зал в помещении владения 13 Проектной улицы м
14.11.2018 Газета Факт
Житель Нестерова Денис Курмей несколько лет назад увлекся пауэрлифтингом и добился впечатляющих результатов – стал мастером спорта, рекордсменом России,
14.11.2018 Красное знамя
Минмособлимущество согласовало предоставление земельных участков школам и детским садам - Дмитровский вестник Минмособлимущество продолжает работу по согласованию предоставления земельных участков для благоустройства существующих и строительства новых детских садов и школ в муниципалитетах Подмосковья.
14.11.2018 Дмитровский вестник