Сотрудники физического факультета МГУ совместно с коллегами из Нижнего Новгорода, Америки и Австралии разработали оптический материал с искусственно созданной анизотропией нелинейного отклика на основе отдельных кластеров кремниевых наночастиц.

Ими было теоретически и экспериментально показано, что, изменяя условия возбуждения системы, можно добиться модуляции интенсивности сигнала третьей оптической гармоники, причем симметрия нелинейного отклика будет совпадать с геометрической симметрией возбуждаемого образца.

Полученные в рамках исследования результаты опубликованы в престижном международном журнале Advanced Optical Materials, причем иллюстрация из статьи попала на обложку его октябрьского выпуска. Новый материал может быть внедрён в платформу существующих мобильных устройств.

Образцы наноструктур были изготовлены из кремния стандартными методами микроэлектроники и представляли собой отдельно расположенные кластеры цилиндрических наночастиц на стеклянной подложке: тримеров — частицы расположены в вершинах равностороннего треугольника, квадрумеров — в вершинах квадрата, а также одиночных наночастиц. Геометрические параметры составных элементов каждой наносистемы подбирались таким образом, чтобы структуры эффективно преобразовывали ближнее ИК-излучение в свет ближнего УФ диапазона.

Эффекты, изучаемые в работе, возникают благодаря взаимодействию нанообъектов за счет локальных электромагнитных полей, приводящему к изменению оптического отклика всей системы.

«При сближении резонансных наночастиц между ними возникает локальное взаимодействие, приводящее к возбуждению коллективных оптических мод нанокластера, что демонстрировалось нами и в предыдущих работах. Однако сейчас нам удалось управлять этим взаимодействием, изменяя поляризацию лазерного импульса», — рассказал автор статьи, научный сотрудник кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ, Александр Шорохов.

«При использовании метода нелинейной микроскопии были получены зависимости сигнала третьей оптической гармоники от угла вращения поляризации излучения накачки для трех типов структур: одиночного нанодиска, тримера и квадрумера. Симметрия сигнала, полученного в нелинейном режиме, совпадает с точечной группой симметрии образцов, при этом линейный отклик всех рассматриваемых наноструктур является изотропным»,— уточнила автор работы, аспирант кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ Мария Кройчук.

«Представленный в рамках исследования метод, позволяет не только управлять локальным взаимодействием наночастиц, но и характеризовать симметрию экспериментальных структур в дальнем оптическом поле без использования ближнепольных методик», – рассказал руководитель научной группы профессор МГУ Андрей Федянин.

Результаты проделанной работы могут быть использованы при создании компактных эффективных управляемых нелинейных частотных преобразователей для задач интегральной нанофотоники. Исследование материала с управляемой анизотропией нелинейного отклика приблизит создание эффективных наноразмерных источников ультрафиолетового излучения с контролируемой интенсивностью выходного сигнала.

УФ излучение применяется в медицине, профилактических учреждениях, сельском хозяйстве и т.д., поэтому поиск новых решений для его искусственного получения является актуальной проблемой современной науки. Основным преимуществом рассматриваемого в работе материала является его размер и КМОП-совместимость, позволяющие внедрение источников, например, в так называемую, лабораторию на чипе (lab-on-chip) или в платформу существующих мобильных устройств.

Пресс-служба МГУ