Отчет 2022

Материалы исследований, проведенные в течение первого года выполнения проекта, опубликованы в двух статьях первого квартиля (Materials, ACS Nano) [1,2] и представлены в десяти докладах на конференциях: Всероссийская школа-семинар «Волновые явления: физика и применения» имени А.П. Сухорукова («Волны-2022», Можайск), International Liquid Crystal Conference (ILCC-2022, Лиссабон, Португалия), Енисейская фотоника 2022 (Красноярск), SPb OPEN (Санкт-Петербург), Advances in Nonlinear Photonics 2022 (Минск). 

Исследования были направлены на оптимизацию угловых спектров ближней ИК-области для таммовских плазмон-поляритонов, локализованных на границе многослойного зеркала, ограниченного метаповерхностью. Было продемонстрировано отклонение светового пучка вдоль одного направления без механического поворота. При помощи напряжения, приложенного к серебряным нанополосам метаповерхности, изменялась концентрация носителей и, как следствие, диэлектрическая проницаемость тонкой подложки из прозрачного проводящего оксида. В связи с этим существенно изменялась фаза и амплитуда резонансной световой волны. Для управляемой дифракционной решетки период определяется количеством нанополос с разным прикладываемым напряжением. В случае симметричного распределения напряжения вдоль нанополос (одинаковым количеством нанополос с приложенным напряжением и без него) было продемонстрировано значительное (до 30 градусов) отклонению первого порядка дифракции. Несимметричное пространственное распределение фазы вдоль метаповерхности позволяет сосредоточить излучение в единственном дифракционном максимуме и добиться удвоения углового разрешения предложенного устройства.

Также важно обеспечить резонансную чувствительность устройства к принимаемому ИК-излучению. На базе тайваньской инфраструктуры был экспериментально продемонстрирован фотодетектор на основе двумерной германиевой метаповерхности, в которой возбуждаются электрические и магнитные дипольные решеточные резонансы. При перекрытии резонансов Ми с решеточными резонансами реализуется эффект Керкера. Несмотря на малую поглощающую способность германия к ИК-излучению, в метаповерхности толщиной 260 нм резонансное поглощение достигает 60%. Было показано, что за счет локализации электромагнитного поля вблизи полупроводника и дальнейшего преобразования оптической энергии в электричество, в сравнении с однородной германиевой пленкой фототок детектора на основе германиевой метаповерхности возрастает в пять раз.

Схематический вид структуры для управления лазерным лучом

1. Zhou Z.-X., Ye M.-J., Yu M.-W., Yang J.-H., Su K.-L., Yang C.-C., Lin C.-Y., Babicheva V.E., Timofeev I.V. and Chen K.-P. Germanium Metasurfaces with Lattice Kerker Effect in Near-Infrared Photodetectors // ACS Nano, 2022, acsnano.1c11326. (Impact Factor WoS/SJR – 15.881/ 16.242, Q1)

2. Bikbaev R.G., Maksimov D.N., Chen K.-P. and Timofeev I.V. Double-Resolved Beam Steering by Metagrating-Based Tamm Plasmon Polariton // Materials (Basel), 2022, V. 15, P. 6014. (Impact Factor WoS/SJR – 3.623/ 3.682, Q1)

Опубликована популярная статья в СМИ