Ученые из Дальневосточного федерального университета совместно с зарубежными коллегами создали метаматериал, позволяющий преобразовать гауссов пучок в сингулярный вихревой в разных диапазонах частот. С его помощью можно проводить передовые лабораторные исследования структуры белков, а также новых хиральных — несимметричных — молекул.

Статья об этом опубликована в журнале Nanophotonics.

Разработанный учеными материал представляет собой тончайшую кремниевую пластину с большим количеством крестообразных наноструктур, которые вместе выполняют роль системы резонаторов. Они не допускают рассеяние в обратном направлении падающего на пластину пучка электромагнитного излучения на определенной (резонансной) длине волны. Волновой фронт пучка, который проходит через прозрачный метаматериал, приобретает форму спирали. «Закрутить» такой пучок можно с разной скоростью как по часовой, так и против часовой стрелки.

«Созданный нами дизайн фазовой пластины на основе массива крестообразных кремниевых наноантенн универсален. Можно просто линейно масштабировать размер и расположение резонаторов и изготовить подобный преобразователь практически для любой длины волны. Мы продемонстрировали эффективность разработанного дизайна для среднего ИК и терагерцового спектральных диапазонов, принципиально важных для изучения структуры новых молекулярных соединений, в том числе хиральных — относящихся как отражение в зеркале — молекул», — рассказал научный сотрудник Центра НТИ по виртуальной и дополненной реальности ДВФУ Александр Кучмижак.

Пример гауссова пучка, где амплитуда электрического поля и излучения в поперечном сечении уменьшается в соответствии с функцией Гаусса / Harvard SEAS

Такие преобразователи терагерцовой области излучения могут применяться в качестве оптических элементов современных импульсных синхротронных источников излучения. Они создают импульсы излучения, которые не имеют строгого направления поляризации. Для производства фазовых пластинок-преобразователей используются малозатратные методы оптической и лазерной литографии, поэтому новый метаматериал имеет хорошие перспективы коммерческого внедрения.