Трехмерные материалы могут быть прозрачными
Исследователи из Boston University (США) использовали плазмонный аналог EIT-эффекта для придания прозрачности трехмерной структуре мета-материала с варьирующимся числом слоев. Ранние эксперименты не позволяли масштабировать систему, таким образом, новый подход может быть полезен для создания в будущем оптических коммуникационных систем или квантовых компьютеров на основе света.
Индуцированная электромагнитная прозрачность (Electromagnetically induced transparency, EIT) – оптический процесс в атомной физике, который происходит в некоторых средах, обычно не прозрачных для света данной длины волны. Такие среды могут быть сделаны прозрачными для некоторого спектрального «окна», к примеру, при помощи освещения вторым лучом света с сильно отличающейся длиной волны.
Эффект индуцированной электромагнитной прозрачности позволяет наблюдать некоторые интересные явления, к примеру, значительное замедление световых импульсов. В частности, эффект ранее уже использовался для замедления световых импульсов настолько, что они «сохраняются» в среде (к примеру, в ультрахолодном облаке атомов).
Феномен требует определенной конфигурации от структуры энергетических уровней атома: три уровня должны иметь такие энергии, чтобы переходы между одной специфической парой уровней были запрещены. Эффект индуцированной электромагнитной прозрачности является следствием объединения в пары «темных» (запрещенных) и «светлых» (разрешенных) состояний. Образно говоря, мета-материалы, где возможна индуцированная электромагнитная прозрачность, могут рассматриваться как искусственные атомарные структуры с различными характеристиками (как было описано выше).
До сих пор ученые, проектируя мета-материалы, имитируя единственные «темное» и «светлое» состояния EIT-среды. Но теперь группа ученых из Boston University (США) предложили новую стратегию: приспособив «для своих нужд» взаимодействия в трехмерном мета-материале, исследователи показали, что возможно достичь более высокого числа состояний, что обеспечивает существование эффекта индуцированной электромагнитной прозрачности в нескольких спектральных «окнах». Число спектральных «окон» может быть увеличено путем объединения большего числа слоев мета-материала в единую структуру. Подробно результаты эксперимента описаны в статье, опубликованной в журнале Nano Letters.
Новая техника подразумевает использование мембран из нитрида кремния в качестве «строительной основы» для формирования горизонтальной многоуровневой трехмерной структуры. Позже на верхнюю и нижнюю поверхности структуры напыляется металл. Эта технология производства не требует практически никаких подготовительных работ, создавая лучшие структуры с острыми краями. Дополнительные слои могут быть добавлены путем последующего напыления диэлектриков и металлов поверх существующей структуры. Обычно подобные структуры не являются масштабируемыми, но новая технология позволяет добавлять уровни достаточно легко.
Полученная структура позволяет замедлять одновременно несколько световых импульсов с различными частотами (т.е. демонстрирует индуцированную электромагнитную прозрачность одновременно в нескольких спектральных «окнах»). При этом, по словам ученых, нелинейные эффекты могут быть увеличены за счет взаимодействия между импульсами.
В качестве развития этой темы ученые планируют использовать схожую идеологию для ассиметричного дизайна мета-материала.
