eng
Просмотры: 443
25.02.2022
Недавно созданный наноархитектурный материал обладает свойством, которое ранее было лишь теоретически возможным: он может преломлять свет назад независимо от угла, под которым свет падает на материал.
Это свойство известно как отрицательное преломление, то есть коэффициент преломления - скорость, с которой свет может проходить через данный материал - отрицателен в части электромагнитного спектра под любым углом.
Отрицательное преломление не просто смещает свет на несколько градусов в одну сторону. Скорее, свет направляется под углом, полностью противоположным тому, под которым он вошел в материал. Это не наблюдалось в природе, но, начиная с 1960-х годов, предполагалось, что это происходит в так называемых искусственно периодических материалах - то есть материалах, созданных по определенной структурной схеме. Только сейчас процессы изготовления догнали теорию и сделали отрицательное преломление реальностью.
"Отрицательное преломление имеет решающее значение для будущего нанофотоники, которая стремится понять и манипулировать поведением света при его взаимодействии с материалами или твердыми структурами в минимально возможных масштабах", - говорит Джулия Р. Грир, профессор материаловедения, механики и медицинской инженерии Рубен Ф. и Донна Меттлер, один из старших авторов статьи, описывающей новый материал. Их статья была опубликована в журнале Nano Letters.
Новый материал приобретает свои необычные свойства благодаря сочетанию организации на нано- и микромасштабах и добавлению покрытия из тонкой металлической германиевой пленки в ходе трудоемкого производственного процесса. В этих материалах структура разработана и организована на нанометровом уровне и которые, вследствие этого, проявляют необычные, часто удивительные свойства - например, исключительно легкая керамика, которая после сжатия возвращается к своей первоначальной форме, как губка. Под электронным микроскопом структура нового материала напоминает решетку из полых кубиков. Каждый кубик настолько мал, что ширина лучей, составляющих структуру кубика, в 100 раз меньше ширины человеческого волоса. Решетка была создана с использованием полимерного материала, с которым относительно легко работать при 3-D печати, а затем покрыта металлическим германием.
Исследовательская группа остановилась на структуре кубической решетки и материале как на правильном сочетании благодаря кропотливому процессу компьютерного моделирования.
Чтобы равномерно покрыть полимер металлом в таком масштабе, исследовательской группе потребовалось разработать принципиально новый метод. В итоге ученые использовали метод напыления, при котором диск из германия бомбардировался высокоэнергетическими ионами, которые сбрасывали атомы германия с диска на поверхность полимерной решетки. Основной проблемой было получить равномерное покрытие и оптимизировать этот процесс.
Технология имеет потенциальное применение в телекоммуникациях, медицинской визуализации, радиолокационной маскировке и вычислительной технике. Однако, из-за фундаментальных ограничений на рассеиваемую мощность и плотность транзисторов, допускаемых нынешними кремниевыми полупроводниками, масштабирование, предсказанное законом Мура, должно скоро закончиться. Мы приближаемся к концу нашей способности следовать закону Мура, делая электронные транзисторы настолько маленькими, насколько это возможно. Данное исследование – это шаг к демонстрации оптических свойств, которые потребуются для создания трехмерных фотонных схем. Поскольку свет движется гораздо быстрее, чем электроны, трехмерные фотонные схемы, в теории, будут работать гораздо быстрее традиционных.
Отрицательное преломление не просто смещает свет на несколько градусов в одну сторону. Скорее, свет направляется под углом, полностью противоположным тому, под которым он вошел в материал. Это не наблюдалось в природе, но, начиная с 1960-х годов, предполагалось, что это происходит в так называемых искусственно периодических материалах - то есть материалах, созданных по определенной структурной схеме. Только сейчас процессы изготовления догнали теорию и сделали отрицательное преломление реальностью.
"Отрицательное преломление имеет решающее значение для будущего нанофотоники, которая стремится понять и манипулировать поведением света при его взаимодействии с материалами или твердыми структурами в минимально возможных масштабах", - говорит Джулия Р. Грир, профессор материаловедения, механики и медицинской инженерии Рубен Ф. и Донна Меттлер, один из старших авторов статьи, описывающей новый материал. Их статья была опубликована в журнале Nano Letters.
Новый материал приобретает свои необычные свойства благодаря сочетанию организации на нано- и микромасштабах и добавлению покрытия из тонкой металлической германиевой пленки в ходе трудоемкого производственного процесса. В этих материалах структура разработана и организована на нанометровом уровне и которые, вследствие этого, проявляют необычные, часто удивительные свойства - например, исключительно легкая керамика, которая после сжатия возвращается к своей первоначальной форме, как губка. Под электронным микроскопом структура нового материала напоминает решетку из полых кубиков. Каждый кубик настолько мал, что ширина лучей, составляющих структуру кубика, в 100 раз меньше ширины человеческого волоса. Решетка была создана с использованием полимерного материала, с которым относительно легко работать при 3-D печати, а затем покрыта металлическим германием.
Исследовательская группа остановилась на структуре кубической решетки и материале как на правильном сочетании благодаря кропотливому процессу компьютерного моделирования.
Чтобы равномерно покрыть полимер металлом в таком масштабе, исследовательской группе потребовалось разработать принципиально новый метод. В итоге ученые использовали метод напыления, при котором диск из германия бомбардировался высокоэнергетическими ионами, которые сбрасывали атомы германия с диска на поверхность полимерной решетки. Основной проблемой было получить равномерное покрытие и оптимизировать этот процесс.
Технология имеет потенциальное применение в телекоммуникациях, медицинской визуализации, радиолокационной маскировке и вычислительной технике. Однако, из-за фундаментальных ограничений на рассеиваемую мощность и плотность транзисторов, допускаемых нынешними кремниевыми полупроводниками, масштабирование, предсказанное законом Мура, должно скоро закончиться. Мы приближаемся к концу нашей способности следовать закону Мура, делая электронные транзисторы настолько маленькими, насколько это возможно. Данное исследование – это шаг к демонстрации оптических свойств, которые потребуются для создания трехмерных фотонных схем. Поскольку свет движется гораздо быстрее, чем электроны, трехмерные фотонные схемы, в теории, будут работать гораздо быстрее традиционных.
Комментарии читателей
