Российские ученые из НИТУ «МИСиС» разработали метаматериал-диэлектрик, который можно использовать для создания нанооптических устройств и солнечных батарей. Статья о разработке опубликована в журнале Laser&Photonics Reviews.

По сравнению с металлическими метаматериалами диэлектрические более перспективны, так как они не нагреваются под действием электромагнитного излучения, что минимизирует рассеивание энергии. Кроме того, все материалы такого типа можно масштабировать в оптическом диапазоне и контролировать их резонанс.

Ученые из МИСиС в своей работе исследовали анаполь – неизлучающий рассеиватель, через который беспрепятственно может проходить электромагнитное излучение. Ранее они совместно с коллегами из Крита установили, что анаполь – идеальный резонатор. При облучении извне он сохраняет всю полученную энергию внутри, электромагнитные колебания при этом затухают крайне медленно.

Работа ученых демонстрирует новое перспективное направление в разработке метаматериалов. Ранее для создания диэлектрических метаматериалов нужно было изготовить сложные диэлектрические (сферические или цилиндрические) наночастицы или же напылять на основу различные нанослои. В своей работе ученые показали, что метаматериалы можно изготавливать, перфорируя отверстия в тонкой пленке кремния или другого диэлектрика. Один из самых легких путей – использование FIB пучка – фокусируемого ионного пучка, который позволяет создавать отверстия до 5 нм.

«В теоретической части исследования нам удалось показать, что в оптическом диапазоне частот можно будет возбудить особое анапольное состояние, которое перспективно для сильной локализации электромагнитных полей, а также сенсоров. Кроме того, мы установили, что такой метаматериал может быть прозрачен для электромагнитных волн, что в реальных экспериментах с кремнием должно показать очевидность нашей методики и существенно повысить прозрачность кремниевых пластин, например, для применения в солнечных батареях», – говорит руководитель проекта Алексей Башарин.

Разработанный метаматериал предлагается использовать в кремниевой нанооптике и солнечных батареях. Работа над экспериментальной частью исследования продолжается.