Ученые из Национальной лаборатории Сандиа (Sandia National Laboratories) создали зеркало совершенно нового типа, которое отражает инфракрасный свет при помощи использования необычных магнитных свойств неметаллического метаматериала. Этот метаматериал представляет собой поверхность, усеянную упорядоченным особым образом массивом наноразмерных антенн, которые взаимодействуют с электромагнитной волной фотонов света способом, абсолютно отличным от способа взаимодействия со светом обычных отражающих поверхностей. И это свойство нового “магнитного” зеркала можно эффективно использовать в новых типах химических датчиков, солнечных батарей, лазеров и других оптоэлектронных устройств.
Наноразмерные антенны представляют собой резонаторы кубической формы, изготовленные из соединения теллура. Размеры этих резонаторов меньше, чем длина волны инфракрасного света, что и является ключевым моментом, определяющим необычное поведение этого “магнитного” зеркала при падении на него света с определенными длинами волн.
“Размеры и формы резонаторов имеют очень важное значение, они определяют их магнитные и электрические свойства, которые позволяют поверхности зеркала взаимодействовать со светом уникальным образом, отражая свет только определенной длины волны и рассеивая свет с другими длинами волн” – рассказывает Майкл Синклер (Michael Sinclair), ученый из лаборатории Сандиа.
Обычные зеркала отражают свет, взаимодействуя только с электрической составляющей электромагнитной волны фотона. Из-за этого отраженный свет претерпевает некоторые изменения, затрагивающие именно электрическую составляющую. Эти изменения не оказывают влияния на человеческий глаз, поэтому мы все видим в зеркале точную копию самого себя. Тем не менее, такие изменения уже могут проявляться и оказывать влияние на уровне различных оптоэлектронных устройств, делая невозможной реализацию различных компонентов, таких, как наноразмерные оптические антенны и квантовые точки, взаимодействующие со светом на поверхности обычного зеркала.
В отличие от обычного, магнитное зеркало отражает свет, взаимодействуя с магнитной составляющей электромагнитной волны и оставляя в неприкосновенности ее электрическую составляющую. Но, к сожалению, в природе не существует естественного материала, способного, отражая этот свет, взаимодействовать исключительно с магнитной составляющей света. Такими способностями обладают лишь тщательно рассчитанные и изготовленные метаматериалы с магнитными резонаторами из неметаллических диэлектрических материалов на их поверхности.
Неметаллическая природа магнитного зеркала приводит к тому, что во время отражения падающего на него света на поверхности зеркала возникает достаточно сильное электрическое поле, которое, тем не менее, не вносит искажений в электрическую составляющую света. “Возникающее на поверхности зеркала электрическое поле способствует максимальному поглощению энергии электромагнитной волны и это, в свою очередь, открывает путь множеству новых и необычных применений этой технологии” – рассказывает Майкл Синклер, – “Резонаторы выступают в роли своего рода искусственных атомов, поглощающих и испускающих фотоны света, двигающиеся в направлении, определяемом законами отражения света. А неметаллическая природа этих резонаторов позволяет держать в неприкосновенности электрическую составляющую фотонов света”.
Наноразмерные антенны, резонаторы на поверхности магнитного зеркала достаточно просто изготавливаются современными литографическими методами с последующим травлением, что достаточно широко используется в современной электронной промышленности. А в будущем исследователи собираются разработать еще ряд метаматериалов, которые будут выступать в роли магнитных зеркал, эффективно работающих в диапазоне видимого света. И это уже можно будет использовать в чисто практических целях для создания высокоэффективных солнечных батарей, миниатюрных фотодатчиков, лазеров и других оптических и электронных устройств.