Метаматериал, позволяющий усилить энергетическое взаимодействие со светом и другими типами излучения, спроектировали ученые Самарского университета совместно с зарубежными коллегами. По их словам, материал и датчик на его основе отличаются от аналогов высокой чувствительностью, удобством изготовления и использования. Статья опубликована в журнале "Optical Materials".
Метаповерхности – плоские структуры из метаатомов, особых искусственных элементов, позволяющих наладить более сильное взаимодействие с любым излучением, чем традиционные материалы. Размеры метаатомов и расстояние между ними намного меньше длины волны излучения, на работу с которым они ориентированы, объяснили ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева.
Материалы из таких атомов обеспечивают эффективные преобразования энергии через резонансную электрическую или магнитную связь с падающим излучением, что невозможно для обычных атомов. Опираясь на это свойство, можно создать чувствительные датчики для поиска в реальном времени в любой среде заданных химических веществ, отметили специалисты.
Ученые Самарского университета им. Королева представили компьютерную модель гибридного метаповерхностного идеального поглотителя (ГМПИП) на основе полых квадратных метаатомов. По словам авторов, разработка фактически является заготовкой для целого семейства многофункциональных датчиков и отличается от аналогов высокой чувствительностью, простотой производства и использования.
"Предложенная нами конструкция демонстрирует на данный момент лучшие параметры среди всех аналогичных разработок в мире. Совершенствуя ее характеристики, вероятно, вскоре можно будет начать исследование таких вполне "фантастических" эффектов, как электромагнитная невидимость. Этот результат получен благодаря наработанным в нашем университете передовым численным методам проектирования оптических микро- и наноструктур с уникальными свойствами", – объяснил профессор Самарского университета им. Королева Николай Казанский.
Метаповерхность представляет собой тонкую пленочную структуру, которую можно, например, наклеить на кожу для контроля параметров тела или на поверхность медицинских приборов для биохимического зондирования.
Разработанные специалистами Самарского университета им. Королева датчики являются многофункциональными, отметили создатели: например, нанесение слоя термочувствительного материала на метаповерхность позволит использовать ее также для сверхточного измерения температуры в медицине и авиакосмической отрасли.
"ГМПИП с полыми квадратными метаатомами проявил чувствительность к небольшим изменениям окружающей среды в 2,6 раз большую, чем поглотитель на простых квадратных метаатомах. Конструкция обеспечивает поглощение более 90 процентов излучения в узкополосной области, что делает ее перспективной для создания оптических фильтров и датчиков", – рассказал Николай Казанский.
Действие такого датчика, по словам ученых, основано на регистрации смещения резонансного пика при изменении показателя преломления анализируемого вещества. По словам ученых, в перспективе ГМПИП можно использовать для сверхточного управления параметрами света в фотогальванике, фотовольтаике и других областях.
Работы были выполнены в сотрудничестве со специалистами Варшавского технологического университета (Польша). В дальнейшем научный коллектив намерен продолжить разработки в этой сфере, перейдя от компьютерного моделирования к экспериментальным исследованиям.