Команда российских и зарубежных материаловедов создала новый метаматериал, способный изменять свои оптические характеристики без приложения механических воздействий. Его внедрение в устройства может существенно увеличить надежность и удешевить производство сложных оптических устройств.

О своей разработке исследователи рассказали на страницах журнала Optica.

В последнее время ученые начали активно исследовать метаматериалы для их потенциального применения в оптических устройствах. Все благодаря тому, что они позволяют добиться очень интересных эффектов управления светом. Однако для большинства таких материалов свойства закладываются в момент создания и никак не изменяются в процессе эксплуатации, то есть ими никак нельзя управлять.

Тем не менее для создания новых, более сложных исследовательских установок ученым необходимо научиться управлять свойствами таких метаповерхностей в процессе их использования.

Чтобы создать новое соединение, российские ученые объединились с зарубежными коллегами из Эксетерского университета, которые уже давно проводят исследования материалов с фазовой памятью. Это, например, соединения германия, сурьмы и теллура (GeSbTe), которые часто используют в DVD-дисках. Перед созданием нового соединения ученые провели все необходимые расчеты и предсказали, как должен выглядеть будущий композитный материал.

Расчеты показали, что оптимальным будет создать сэндвичевую структуру, в которой между двумя слоями кремния находится слой теллурида германия-сурьмы GeSbTe.

После этого с помощью электронной литографии ученые синтезировали массивы микроскопических гибридных дисков. Такую метаповерхность ученые создавали и ранее для управления с помощью нее светом. Совмещение двух материалов показало очень интересный эффект — уровень прозрачности получившейся поверхности можно было менять в ходе эксперимента.

Выяснилось, что у кремниевого диска есть два оптических резонанса в области ближнего ИК-диапазона. Они позволяют хорошо отражать направленное на поверхность ИК-излучение. Переходный слой GeSbTe позволил при определенных условиях «выключать» один из этих резонансов, благодаря чему диск становился практически полностью прозрачным для света в ближнем ИК-спектре.

Новый метаматериал может применяться в самых разных областях. Например, он очень перспективен для создания лидаров — устройств, которые сканируют пространство с помощью лазерных лучей и таким образом могут определять расстояние до объектов. Лидары находят применение, в частности, в технологии беспилотных автомобилей. Также потенциально из таких материалов можно создавать сверхтонкие линзы для фотообъективов, к примеру установленные в мобильных телефонах.