«Безубыточный» метаматериал может повысить эффективность лазеров и других устройств

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали материал, способный уменьшить потери сигнала в фотонных устройствах. Структура может улучшить характеристики таких систем, как оптоволоконная связь, лазеры и фотоэлектроника.

Результаты исследования относятся к одному из крупнейших вызовов фотоники – минимизации потерь оптических сигналов в плазмонных метаматериалах. Это – наномерные структуры, позволяющие управлять светом необычными способами. Их можно использовать для разработки экзотических устройств: от «плащей-невидимок» до квантовых компьютеров. Проблема в том, что материалы обычно содержат металлы, поглощающие энергию света и преобразующую ее в тепло.

Команда специалистов, возглавляемая профессором Шайем Фейнманом, постаралась решить этот вопрос, за счет внедрения в структуру полупроводников.

«Мы компенсировали поглощение энергии металлами за счет этих отражающих свет элементов. В теории такая комбинация может обеспечить нулевые потери сигнала», — сказал Джозеф Смоли, первый автор исследования.

В опытах группа направляла на метаматреиал свет от инфракрасного лазера. Выяснилось, что, в зависимости от поляризации лучей, все волны одинаково вибрируют. В результате метаматериал отражает или излучает свет.

«Это – первый материал, который одновременно ведет себя как металл и полупроводник. Один тип поляризации способствует отражению света (металл), другой – поглощению и излучению луча другого цвета (полупроводник)», — сказал Смоли.

В основе структуры, описанной в Nature Communications, лежит кристалл фосфида галлия, индия и арсенида, выращенный на подложке. Затем, с помощью мощных ионов из плазмы, в нем вытравили узкие каналы, которые заполнили серебром.