Российские ученые вместе с зарубежными коллегами обнаружили новый тип оптических сингулярностей, считавшихся ранее невозможными. Эти структуры были определены как исключительные связанные состояния в континууме. Открытие позволяет создавать сверхчувствительные датчики для обнаружения вирусов и белков, а также эффективные оптические транзисторы, модуляторы и переключатели, говорится на официальном сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Физики по всему миру работают над созданием разнообразных сенсоров, поглотителей света, лазеров и оптических переключателей, базирующихся на принципах неэрмитовой фотоники. Этим термином обозначают оптические среды с некоторыми особенностями. Одно из них — наличие так называемых исключительных точек, то есть областей, в которых самопроизвольно нарушается равновесие между поглощением и усилением светового потока. В результате поведение системы меняется, она становится крайне чувствительной к внешним воздействиям. Это свойство открывает новые горизонты для разработки высокоэффективных детекторов и оптических аналогов транзисторов.
Несмотря на значительный потенциал исключительных точек, их практическое использование ограничено, так как они находятся в составе открытых оптических систем, теряющих значительную долю энергии через излучение в окружающую среду. Ученые нашли способ обойти эту проблему, создав особую конфигурацию исключительных точек. Она представляет собой сингулярность, состоящую из двух связанных состояний в континууме. Такие состояния обладают уникальной способностью сохранять энергию даже в условиях открытого взаимодействия с внешней средой.
Ранее считалось, что объединение связанных состояний в континуум невозможно из-за необходимости выполнения двух взаимоисключающих требований: отсутствие потерь энергии системой и одновременное наличие этих потерь.
«Мы учли, что энергия может не только излучаться во внешнее пространство, но и поглощаться самим материалом. Это простое допущение полностью переворачивает картину и позволяет объединить два связанных состояния в континууме в одну исключительную точку. Можно сказать, что эти два удивительных явления фотоники с открытой системой (неэрмитовой), которые активно изучаются последнее десятилетие, наконец-то встретились», — объясняет один из авторов исследования, доцент физического факультета ИТМО Андрей Богданов.
Сейчас эксперты готовят образцы для экспериментального наблюдения исключительных связанных состояний в континууме. Совместный проект реализуется с участием китайских специалистов из Циндао на базе исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов, организованного совместно с ИТМО. Эксперимент позволит подтвердить теоретические выводы и проследить процесс объединения двух связанных состояний в континууме в одну исключительную точку.
Ранее физики разработали самый маленький в мире светодиодный дисплей.
