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
Субсидии на улучшение жилищных условий по соципотеке получат 138 молодых ученых Подмосковья - Правительство Московской области Источник: Министерство строительного комплекса Московской области В рамках «Социальной ипотеки» 138 молодых ученых и уникальных специалистов Московской области получат субсидии на улучшение жилищных условий,
21.09.2018
 
Итоги конкурса #ВместеЯрче подвели в серебрянопрудском ДДТ - Серебряно-Прудский вестник В серебрянопрудском Доме детского творчества подвели итоги конкурса творческих, проектных и исследовательских работ учащихся #ВместеЯрче, целью которого являлось повышение познавательного интереса детей к теме энергосбережения,
21.09.2018
В программу «Дороги Победы» вошли 5 новых музеев Московской области - Новые рубежи 21 сентября в полдень на Манежной площади у памятника Георгию Жукову в Москве состоится торжественная церемония открытия 20 новых маршрутов Всероссийской патриотической программы «Дороги Победы.
21.09.2018
 
Ученые из России разгадали загадку кристаллической структуры калаверита - МФТИ Ученые из России и Германии объяснили загадки кристаллической структуры минерала –калаверита, а также предсказали возможность существования нового, ранее неизвестного химикам соединения золота.
21.09.2018
Новый дом культуры откроется в микрорайоне Подольска 23 сентября - Подольский рабочий Новый дом культуры в поселке Быково откроется в микрорайоне Стрелковский в Подольске 23 сентября ТО «Стрелковский» Новый дом культуры в поселке Быково откроется в микрорайоне Стрелковский в Подольске 23 сентября,
21.09.2018 Подольский рабочий
До 1 октября в Одинцовском районе будут проверены все детские площадки - Новые рубежи Соответствующее поручение дал глава района в ходе еженедельного совещания Исполнение требований государственного административно технического надзора Московской области по содержанию детских площадок в Одинцовском рай
20.09.2018 Новые рубежи
Невозможно представить жизнь города, известного всему миру благодаря народному промыслу, без художественной школы, а между тем сравнительно недавно её открытие было лишь в мечтах.
20.09.2018 Павлово-Посадские известия
В конференц-­зале Лаборатории информационных технологий ОИЯИ 10 сентября стартовала VIII международная конференция «Распределенные вычисления и Grid­технологии в науке и образовании» и продлилась до 14 сентября.
20.09.2018 Газета Встреча
Незаметно пролетело теплое  солнечное лето, и вот уже красавица осень вступает в свои права.
20.09.2018 Газета Встреча
Рейд «Ребенок-пассажир» прошел в Рузском округе - Красное знамя Пренебрежительное отношение водителей (среди которых часто встречаются сами родители) к использованию автокресел и детских удерживающих устройств - одна из основных причин гибели или увечий маленьких пассажиров.
20.09.2018 Красное знамя
Место рождения – Фрязино - Газета Ключ В октябре 2017 года во Фрязине закрылся родильный дом. Все будущие мамы за своими малышами теперь отправляются в Щёлковский перинатальный центр.
21.09.2018 Газета Ключ
Помогите опознать труп найденный в Рузском округе - Красное знамя Отдел уголовного розыска ОМВД по Рузскому округу устанавливает личность мужчины, обгоревший труп которого был найден 26 марта на обочине дороги вблизи садоводческого товарищества «Дружба» у деревни Макеиха.
21.09.2018 Красное знамя
Тело неизвестного мужчины обнаружили у дороги в городском округе Клин, труп доставили в морг, сообщил РИАМО в четверг сотрудник пресс-службы ГУ МВД РФ по Московской области.
21.09.2018 Серп и Молот
Московский Губернский театр открыл новый сезон - Министерство культуры МО 20 сентября новый сезон Московского Губернского театра начался с традиционного открытого сбора труппы, на котором художественный руководитель театра народный артист России Сергей Безруков подвел итоги минувшего, 5-го,
21.09.2018 Министерство культуры МО
В Истре появится культурный центр Подмосковья - Общественная палата МО   В минувший четверг в МВК Московской области «Новый Иерусалим» под председательством заместителя министра культуры Московской области Надежды Жилкиной прошло совещание по реализации приоритетного проекта губернатора
21.09.2018 Общественная палата МО
Новый дом культуры в поселке Быково откроется в микрорайоне Стрелковский в Подольске 23 сентября ТО «Стрелковский» Новый дом культуры в поселке Быково откроется в микрорайоне Стрелковский в Подольске 23 сентября,
21.09.2018 Подольский рабочий
Мобильный ФАП Одинцовской районной больницы - Правительство Московской области Источник: Пресс-служба Губернатора Московской области На этой неделе в Подмосковье в составе регионального правительства были введены новые должности.
21.09.2018 Правительство Московской области
23 сентября 2018 года стартует очередной запуск бесплатной образовательно-тренировочной программы «100-дневный воркаут» (Осень 2018), в котором примет участие свыше 5 000 человек с Московской области!
21.09.2018 Подольский рабочий
23сентября 2018 года стартует очередной запуск бесплатной образовательно-тренировочной программы « 100-дневный воркаут » ( Осень 2018), в которомпримет участие свыше 5 000 человек с Московской области !
21.09.2018 Красное знамя
Очередной запуск бесплатной образовательно-тренировочной программы «100-дневный воркаут» стартует в воскресенье, 23 сентября, участие в нем примет свыше 75000 человек со всего мира,
21.09.2018 Орехово-Зуевская правда
На сегодняшний день в парламенты всех субъектов Российской Федерации внесены законопроекты о сохранении региональных льгот для женщин, достигших 55 лет, и для мужчин 60 лет.
21.09.2018 ЗАТО Власиха
Уважаемые жители, сообщаем вам, что благодаря действиям, предпринятым Администрацией Дмитровского муниципального района в течение сегодняшнего дня МУП «РЕСУР-ДЕДЕНЕВО» запускает 2 Муниципальные котельные.
21.09.2018 Дмитровский район
Источник: Пресс-служба Губернатора Московской области На этой неделе в Подмосковье в составе регионального правительства были введены новые должности.
21.09.2018 Правительство Московской области