Как сообщается сегодня в новом журнале Optica Оптического Общества (OSA), ученые продемонстрировали, впервые, новый тип зеркала, которое воздерживается от знакомой солнечной металлической поверхности и вместо этого отражает инфракрасный свет при помощи необычного магнитного свойства неметаллического метаматериала.Помещая наноразмерные антенны в или очень около поверхности этих так называемых «магнитных зеркал», ученые в состоянии захватить и использовать электромагнитную радиацию способами, у которых есть дразнящий потенциал в новых классах химических датчиков, солнечных батарей, лазеров и других оптикоэлектронных устройств.
«Мы достигли новой вехи в магнитной технологии зеркал, экспериментально демонстрируя это замечательное поведение света в инфракрасных длинах волны. Наш прорыв случается от использования специально спроектированной, неметаллической поверхности, обитой наноразмерными резонаторами», сказал Майкл Синклер, соавтор на газете Optica и ученый из Национальных лабораторий Сандиа в Альбукерке, Нью-Мексико, США кто co-led исследовательская группа с коллегой – автором и ученым Сандиа Игалом Бренером.
Эти наноразмерные резонаторы, имеющие форму куба, на основе теллура элемента, являются каждым значительно меньшим, чем ширина человеческих волос и еще более крошечный, чем длины волны инфракрасного света, который важен, чтобы достигнуть поведения магнитного зеркала в этих невероятно коротких длинах волны.«Размер и форма резонаторов очень важны», объяснил Синклер, «как их магнитные и электрические свойства, все из которых позволяют им взаимодействовать исключительно со светом, рассеивая его через определенный диапазон длин волны, чтобы оказать магнитное влияние зеркала».Рано магнитный дизайн зеркалОбычные зеркала отражают свет, взаимодействуя с электрической деталью электромагнитной радиации.
Из-за этого, однако, они действительно больше, чем полностью изменяют изображение; они также полностью изменяют электрическую область света. Хотя это не оказывает влияния на человеческий глаз, он действительно имеет серьезные последствия в физике, особенно при отражении, где противоположные поступающие и коммуникабельные электрические области оказывают влияние отмены. Это временное уничтожение электрических свойств света предотвращает компоненты как наноразмерные антенны и квантовые точки от взаимодействия со светом в поверхности зеркала.Магнитное зеркало, напротив, отражает свет, взаимодействуя с его магнитным полем, сохраняя его оригинальные электрические свойства. «Магнитное зеркало, поэтому, производит очень сильное электрическое поле в поверхности зеркала, позволяя максимальное поглощение энергии электромагнитной волны и прокладывая путь к захватывающим новым заявлениям», сказал Бренер.
В отличие от серебра и других металлов, однако, нет никакого естественного материала, который отражает свет магнитно. Магнитные поля могут размышлять и даже заряженные частицы бутылки как электроны и протоны.
Но фотоны, которые имеют бесплатно, проходят свободно.«Природа просто не обеспечивает способ магнитно отразить свет», объяснил Бренер.
Ученые, поэтому, развивают метаматериалы (материалы, не найденные в природе, спроектированные с определенными свойствами), которые в состоянии оказать влияние магнитного зеркала.Первоначально, это могло только быть достигнуто на долгих микроволновых частотах, которые позволят только несколько заявлений, таких как микроволновые антенны.Позже, другие исследователи добились ограниченного успеха в более коротких длинах волны, используя металлические компоненты чешуйчатой формы.
Эти проекты, однако, испытали значительную потерю сигнала, а также неровный ответ из-за их конкретных форм.Зеркала без металловЧтобы преодолеть эти ограничения, команда развивала специально спроектированное двумерное множество неметаллических диэлектрических резонаторов – наноразмерные структуры, которые сильно взаимодействуют с магнитным компонентом поступающего света.
У этих резонаторов есть много важных преимуществ перед более ранними проектами. Во-первых, у диэлектрического материала, который они используют, теллур, есть намного более низкая потеря сигнала, чем делают металлы, делая новый дизайн намного более рефлексивным в инфракрасных длинах волны и создавая намного более сильную электрическую область в поверхности зеркала.
Во-вторых, наноразмерные резонаторы могут быть произведены, используя стандартную литографию смещения и запечатлев процессы, которые уже широко используются в промышленности.Рефлексивные свойства резонаторов появляются, потому что они ведут себя, в некотором отношении, как искусственные атомы, поглощая и затем повторно испуская фотоны. Атомы естественно делают это абсорбирующими фотонами с их внешними электронами и затем переиспусканием фотонов в случайных направлениях.
Это – то, как молекулы в атмосфере рассеивают определенные длины волны света, заставляя небо казаться синими в течение дня и красного в восходе солнца и закате.Метаматериалы в резонаторах достигают подобного эффекта, но поглощают и повторно испускают фотоны, не полностью изменяя их электрические поля.
Доказательство процессаПодтверждение, что дизайн команды на самом деле вел себя как магнитное зеркало, потребовало изящных измерений того, как световые волны накладываются, поскольку они встречают друг друга вхождение и отражение прочь поверхности зеркала. Так как нормальные зеркала полностью изменяют фазу света после отражения, доказательствами, что подпись фазы волны не была полностью изменена, будет «дымящееся оружие», что образец вел себя как истинное магнитное зеркало.Чтобы сделать это обнаружение, команда Сандиа использовала технику, названную спектроскопией временного интервала, которая широко использовалась, чтобы измерить фазу в более длинных длинах волны терагерца.
По словам исследователей, только несколько групп в мире продемонстрировали эту технику в более коротких длинах волны (меньше чем 10 микронов). Власть этой техники состоит в том, что она может нанести на карту и амплитуду и информацию о фазе электрического поля света.«Наши результаты ясно указали, что не было никакого аннулирования фазы света», заметил Шэн Лю, Сандиа постдокторский объединенный и ведущий автор на газете Optica. «Это было окончательной демонстрацией, что эта шаблонная поверхность ведет себя как оптическое магнитное зеркало».Следующие шаги
Смотря в будущее, исследователи исследуют другие материалы, чтобы продемонстрировать магнитное поведение зеркала в еще короче, оптические длины волны, где чрезвычайно широкое применение может быть найдено. «Если эффективные магнитные зеркала могли бы быть измерены к еще более коротким длинам волны, то они могли позволить фотодатчики меньшего размера, солнечные батареи, и возможно лазеры», Лю завершил.