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
В Клинском Доме детского творчества проходит вторая лагерная смена - Серп и Молот Муниципальное учреждение дополнительного образования «Дом детского творчества» в период летних школьных каникул традиционно выступает площадкой для развертывания оздоровительного лагеря дневного пребывания.
15.07.2018
Распорядок выпускного дня   15 июля (воскресенье) 7.00       Подъем 7.30       Литургия.
15.07.2018
 
«Все будет в шоколаде» - Газета Факт 14 июля сотрудники Городской библиотеки № 6 Балашихи провели конкурсную программу «Все будет в шоколаде» с ребятами из летнего лагеря дневного пребывания «Заряночка».
14.07.2018
 
В Химках достраивают ФОК с залом для единоборств - РТВ-Подмосковье Комплекс готов на 80%, его планируют открыть до конца года В химкинском микрорайоне Подрезково идёт строительство физкультурно-оздоровительного комплекса с различными секциями, тренажёрными залами и залом для занятия единоборствами,
14.07.2018
В Клинском Доме детского творчества проходит вторая лагерная смена - Серп и Молот Муниципальное учреждение дополнительного образования «Дом детского творчества» в период летних школьных каникул традиционно выступает площадкой для развертывания оздоровительного лагеря дневного пребывания.
15.07.2018 Серп и Молот
Распорядок выпускного дня   15 июля (воскресенье) 7.00       Подъем 7.30       Литургия.
15.07.2018 Духовная академия
14 июля сотрудники Городской библиотеки № 6 Балашихи провели конкурсную программу «Все будет в шоколаде» с ребятами из летнего лагеря дневного пребывания «Заряночка».
14.07.2018 Газета Факт
Детскую оздоровительную площадку будут посещать около 40 детей Ольга Якимова Сегодня, 14 июля, стартовала вторая смена на детской оздоровительной площадке  в поселке Мишеронский на базе подросткового клуба «Олимп».
14.07.2018 Ленинская Шатура
Житель Рузы изнасиловал пятилетнюю девочку - РТВ-Подмосковье Подозреваемого арестовали, ранее его судили за кражи В подмосковной Рузе местный житель изнасиловал пятилетнюю девочку, сообщили в ГСУ СК РФ по Московской области.
15.07.2018 РТВ-Подмосковье
Турнир по дворовому футболу состоялся в Люберцах - Люберецкая панорама ЛЮБЕРЦЫ. 15 июля. INLUBERTSY.RU – Турнир по дворовому футболу «Кожаный мяч» прошел 14 июля на севере Люберец, сообщает Люберецкое информагентство со ссылкой на Спорткомитет округа.
15.07.2018 Люберецкая панорама
Согласно новому закону, за неисполнение постановлений или предписаний комиссии по делам несовершеннолетних будут штрафовать на суммы до 50 тысяч рублей.
14.07.2018 Газета Вперёд
В подмосковных Химках прошел открытый фестиваль «Танцующий город», который посвящен Чемпионату Мира по футболу, проходящему в этом году в России.
15.07.2018 Администрация г. Химки
Афиша культурных событий в городском округе Орехово-Зуево на следующую неделю - Орехово-Зуевская правда Какие культурные мероприятия пройдут на территории Орехово-Зуева и округа с 16 по 22 июля 2018 года сообщается на сайте администрации городского округа МУК "Орехово-Зуевский городской историко-краеведческий музей" (Кл
15.07.2018 Орехово-Зуевская правда
Все краски июля в нашем городе - в объективе туриста, запечатлевшего улицы и дома Орехово-Зуева Дарья Клубничкина Привычные нам места, переданные свежим взглядом впервые побывавшего в Орехово-Зуеве туриста.
15.07.2018 Орехово-Зуевская правда
В КВК «Знаменское-Губайлово» 16 июля состоится литературно-музыкальная гостиная концерт памяти одного из известнейших поэтов второй половины XX века Андрея Дементьева.
15.07.2018 Красногорские вести
Вот и завершился ЧМ-2018, устроителем которого на этот раз была Россия. В финальном матче в Лужниках сборная Франции победила сборную Хорватии и стала Чемпионом мира.
15.07.2018 KrasnogorskOnline.Ru
Подколёсная каша - Газета Вперёд Промчавшаяся неделя кроме опять же спортивных драм запомнилась и другими новостями с общей тематикой — автомобильной: тут и новые штрафы, введённые с 1 июля, и возможность фиксировать алкогольное опьянение по анализу крови,
15.07.2018 Газета Вперёд
В подмосковных Химках прошел открытый фестиваль «Танцующий город», который посвящен Чемпионату Мира по футболу, проходящему в этом году в России.
15.07.2018 Администрация г. Химки
Более 2200 раз психологи Системы-112 Московской области подключались к общению с заявителями с начала 2018 года - Администрация г. Лыткарино Как сообщил заместитель Председателя Правительства Московской области Дмитрий Пестов, с начала 2018 года операторы-психологи областной Системы-112 подключались к общению с заявителями более 2,2 тысяч раз.
15.07.2018 Администрация г. Лыткарино
Главгосстройнадзором Московской области во время проверки строительства жилого дома, входящего в состав группы многоэтажных домов «Квартал-Центр», расположенного на ул.
14.07.2018 Новые рубежи