Инфракрасный свет из средней части спектра незаменим в спектроскопии — он помогает распознавать биологические материалы, лекарства и загрязнители, а также служит носителем сигнала в оптической связи, где данные передаются по воздуху без кабелей. Эффективнее управлять таким светом — значит получить более чувствительные детекторы и быструю передачу информации.
Метаповерхности, ультратонкие структуры из наноразмерных элементов, способны формировать и направлять световые волны. Но большинство из них остаются статичными: после изготовления оптические свойства уже нельзя изменить, что сужает практическое применение.
Команда под руководством Хатидже Алтуг из Лаборатории бионанофотонных систем Инженерной школы EPFL нашла способ обойти это ограничение с помощью метаповерхностей на основе подвешенных мембран из кристаллического кремния. Управляя подвижными электрическими зарядами внутри самого кремния, исследователи меняют отклик метаповерхности на свет в реальном времени, не затрагивая физическую структуру. Устройства показали рекордные оптические характеристики, более чем на порядок превзойдя предыдущие платформы среднего ИК-диапазона.
Используя кристаллический кремний с наноструктурированным слоем, подвешенным в воздухе, мы смогли значительно снизить оптические потери, которые обычно ограничивают возможности традиционных платформ для работы в среднем инфракрасном диапазоне.
В первом методе настройки встроенные электроды работают как микронагреватели: электрический ток тысячу раз в секунду меняет оптические свойства кремния. Во втором сверхкороткие лазерные импульсы позволяют метаповерхности реагировать за наносекунды — миллиардные доли секунды. Рекордные показатели достигнуты без ущерба для совместимости: платформа основана на технологиях, уже применяемых в массовом производстве полупроводников.
Созданная платформа может лечь в основу компактных устройств для оптической связи в свободном пространстве, высокоселективных биологических и химических сенсоров, а также систем активного радиационного охлаждения — от холодильных установок до терморегулирования спутников. В перспективе сочетание высоких оптических характеристик и быстрой перестройки найдет применение в квантовой спектроскопии.
Ранее Наука Mail рассказывала, что новая оптическая платформа уменьшит компоненты для квантовой связи