Физики колледжа Нью-Йорка (City College of New York, CCNY) продемонстрировали фотонные гиперкристаллы для контроля взаимодействия света с веществом.

Контроль взаимодействия света с веществом – основа таких фундаментальных явлений и технологий, как фотосинтез, лазеры, светодиоды и солнечные элементы. Исследователи колледжа Нью-Йорка (City College of Ney York, CCNY) продемонстрировали новый класс искусственных сред, называемых фотонными гиперкристаллами, которые могут управлять взаимодействием светового излучения с веществом на качественно новом уровне.

Это открытие может дать дорогу таким разработкам, как сверхбыстрые светодиоды для Li-Fi (беспроводная технология, которая передает высокоскоростные данные при помощи видимого света), усиление поглощения в солнечных батареях и создание однофотонных излучателей для обработки квантовой информации, как пояснил Винод М. Менон, профессор физики в Отделе науки CCNY, который руководил исследованием.

Фотонные кристаллы и метаматериалы являются двумя самыми известными видами искусственных материалов, используемых для управления светом. Однако они имеют серьезные недостатки, в частности, ограниченную полосу пропускания и слабую интенсивность, излучаемую устройствами на их основе. В своих исследованиях Менон и его команда устранили эти недостатки, создав гиперкристаллы, которые заимствуют лучшие черты как у фотонных кристаллов, так и метаматериалов, и еще более усиливают их. Они продемонстрировали значительное увеличение эффективности и интенсивности излучения света от наноматериалов, встроенных в такой гиперкристалл.

Инновационные свойства гиперкристаллов обусловлены уникальной комбинацией структурированности на разных масштабах длины, а также свойствами, присущими объектам с наномасштабной структурированностью.

Исследование научного коллектива CCNY было опубликовано в недавнем выпуске «Proceedings of the National Academy of Sciences». В состав группы входили аспиранты Тал Галфски (Tal Galfsky) и Цзе Гу (Jie Gu) из исследовательской группы Менона в отделе науки CCNY и Евгений Нариманов (Evgenii Narimanov) из университета Пердью, который первым теоретически обосновал свойства гиперкристаллов. Исследование было поддержано Отделом исследований армии США, Национальным научным фондом США и Фондом Гордона и Бетти Мура.