Материалы портала «Научная Россия»

Получен фотонный материал с взаимоисключающими свойствами

Получен фотонный материал с взаимоисключающими свойствами
Учёным удалось совместить противоположные по свойствам материалы – фотонные кристаллы и фотонные стёкла

Международной группе учёных удалось получить материал, обладающий взаимоисключающими, на первый взгляд, свойствами: они совместили фотонные кристаллы и фотонные стёкла. О новой разработке пишет портал «Наука и технологии России» со ссылкой на статью российских исследователей в журнале «Физика твёрдого тела».

Фотонные кристаллы – материалы, способные управлять светом. Они уже активно применяются в создании оптических волокон, лазеров, а также прототипов функциональных элементов будущих фотонных интегральных схем. Уникальные свойства подобных материалов заложены в упорядоченно расположенных структурных элементах кристалла. Именно вследствие упорядоченности элементов-рассеивателей фотонные кристаллы называют кристаллами.

Учёные продолжили данную аналогию и предположили, что в фотонике, наряду с регулярными структурами, можно создавать и некие аморфные, неупорядоченные вещества. Подобный материал удалось синтезировать из коллоидного раствора сферических частиц полиметилметакрилата в 2010 году коллективу испанских и немецких учёных, которые вскоре дали данному классу веществ название – фотонные стёкла. В фотонных стёклах идентичные друг другу образующие элементы формируют неупорядоченную структуру. Примечательно, что её оптические свойства, в отличие от фотонных кристаллов, определяются индивидуальными свойствами рассеивателей, а не их упорядоченным ансамблем. Эти особенности придают материалу уникальные оптические свойства и позволяют реализовывать новые режимы распространения света в неупорядоченных средах.

Интернациональная группа исследователей из Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН, Австралийского национального университета, Лазерного центра в Ганновере и НИУ информационных технологий, механики и оптики, в которую также входил приглашённый иностранный учёный и обладатель мегагранта Юрий Кившарь, для синтеза фотонных кристаллов и стёкол предложила использовать лазер.

Синтез наноструктур проводился при помощи метода трёхмерной лазерной литографии, который заключался в послойной обработке фоточувствительного материала (фоторезиста) лазерным пучком. При последовательном сканировании лазерным излучением происходила полимеризация фоторезиста в областях, в которых луч находился в фокусе, в то время как структура остальной части материала оставалась неизменной. Затем с помощью проявителя учёные удаляли материал, не подвергшийся воздействию интенсивного лазерного излучения. Сам процесс хода луча контролировался сложной системой позиционирования, которая управлялась компьютерной программой.

Как излагает автор портала «Наука и технологии России», задачу синтеза фотонного стекла исследователи решали в два этапа. На первом этапе описанным методом был получен классический фотонный кристалл, в котором прослойки воздуха чередовались с цилиндрами из фоторезиста диаметром 740 нм. Сменяющие друг друга области воздуха и цилиндров формировали периодическую структуру, которая придавала фотонному кристаллу особые оптические свойства.

На втором этапе исследователи модифицировали параметры синтеза: увеличили скорость сканирования, мощность используемого излучения и ограничили ускорение, развиваемое системой позиционирования в горизонтальной плоскости. В результате была получена также периодическая структура чередующихся областей воздуха и цилиндров, однако цилиндры в этом случае были уже не однородными, а состояли из пустот и различных мелких элементов.

Таким образом, сама периодическая структура материала по свойствам приближала его к фотонному кристаллу, а неупорядоченная структура составляющих его цилиндров – к фотонному стеклу. Исследование оптических свойств такого фотонного квазистекла, которое по типу структуры находится между двумя материалами-антагонистами, является интересной и нетривиальной задачей, которую авторы работы пообещали реализовать в их следующей статье.

австралийский национальный университет кристаллы лазерный центр в ганновере материалы метаматериалы оптика физико-технический институт имени иоффе

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий