Показатель преломления n равен отношению фазовых скоростей света в вакууме и в заданном веществе и определяет угол, на который отклоняется излучение, падающее на поверхность среды из вакуума. Обычно величина n в оптическом диапазоне не поднимается выше 3, но у некоторых материалов (к примеру, у кремния) она приближается к четырём.
Метаматериалы структурируются так, чтобы задать не встречающиеся в природе величиныn,причём наибольший интерес вызывают отрицательные показатели, которые проявляются при отрицательных значениях магнитной (μ)и диэлектрической (ε)проницаемостей. Такие метаматериалы используются для создания маскирующих устройств и«суперлинз».
Однако у новой разработки показатель преломления положителен. Основой метаматериала служит полимерная плёнка, в которую включены тонкие золотые или алюминиевыеструктуры в форме буквы«Н»,повторяющиеся через каждые 60 мкм. По длине и ширине они чуть недотягивают до 60 мкм, а потому не касаются друг друга. Максимальный показательnбыл продемонстрирован в опыте с алюминиевыми включениями на частоте около 0,3 ТГц.
Известно, что показатель преломления можно выразить как корень из произведения магнитной и диэлектрических проницаемостей. В представленном метаматериале величинаμне меняется, аε,напротив, резко возрастает за счёт того, что боковые«стенки»Н-образных элементов действуют подобно обкладкам конденсатора. В зазоре между соседними элементами устанавливается электрическое поле, и при правильном подбореширины зазора и длины волны падающего линейно поляризованного излучения можно сделать это поле сравнительно сильным и получить высокую диэлектрическую проницаемость.
Авторы пробовали уменьшать ширину зазора от исходных 30 мкм до 80 нм и выяснили, что показатель преломления начинает быстро увеличиваться после того, как ширина падает до 5 мкм; поскольку самая высокая плотность расположения элементов была достигнута в экспериментах с алюминием, именно здесь уровеньnоказался рекордно большим. Учёные также попробовали изготовить«толстый»пятислойный материал с золотыми элементами размером в 40 мкм, получив максимальное значениеn= 33.Такой вариант метаматериала сохранял высокий (более 15) показатель преломления в широком диапазоне частот от 0,7 до 1,8 ТГц.
Вероятно, при замене полимерной плёнки материалом с высоким собственным показателем преломления (к примеру, сульфидом свинца) общийnещё увеличится.
Полная версия отчёта опубликована в журналеNature.
Подготовлено по материаламPhysicsworld.Com.
Комментариев нет:
Отправить комментарий