Физики из России создают кристаллы с аномальными оптическими свойствами
Российские физики предсказали существование необычных кристаллов, в которых лучи света будут преломляться неодинаковым образом на разных длинах волн, что поможет создать более эффективные системы передачи данных и новые элементы световых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Optica.
"В действительности, о возможности существования множества оптических осей в периодических прозрачных структурах писали еще в середине XX века, например, наш нобелевский лауреат Виталий Гинзбург. Однако в естественных кристаллах такие эффекты невозможны из-за малости периода, а технологий изготовления качественных композитов тогда не было", - рассказывает Алексей Щербаков из Московского физико-технического института в Долгопрудном.
Щербаков и его коллеги уже долгое время работают над созданием алгоритмов, которые позволяли бы просчитывать оптические свойства различных искусственных кристаллов и структур, состоящих из кусочков различных материалов, используя мощности компьютерных видеокарт. Недавно его команда создала программу, которая позволяет быстро и точно просчитывать свойства оптических компонентов систем связи и световых компьютеров будущего.
В своей новой работе Щербаков и студент Андрей Ушков применили часть этих алгоритмов для изучения свойств материалов, похожих на так называемые двупреломляющие кристаллы - структуры, расщепляющие луч света на две половины. Траектория луча света при движении через такие объекты зависит от его поляризации - неполяризованный свет будет беспрепятственно проходить через него, а поляризованные волны будут преломляться особым образом.
Подобные кристаллы сегодня активно используются физиками при создании источников запутанных фотонов для систем квантовой криптографии, а некоторые виды рыб, как оказалось, "изобрели" подобные структуры для скрытия себя от хищников, плавающих сверху и снизу. Как отмечает пресс-служба ВУЗа, подобные кристаллы могли использоваться уже викингами для поиска Солнца за облаками на небе.
Аналоги таких структур, как рассказывают ученые, можно создать, используя метаматериалы и фотонные кристаллы - конструкции из множества кусочков прозрачных и непрозрачных для волн материалов, комбинация которых будет обладать крайне необычными оптическими свойствами. Расчеты Щербакова и Ушкова показывают, что существуют еще и кристаллы, являющиеся своеобразным "потерянным звеном эволюции" между обычными кристаллами с классическими оптическими свойствами, и метаматериалами.
Такие "композитные" кристаллы, как обнаружили ученые из МФТИ, состоят из крайне небольших кусочков материалов с похожими оптическими свойствами, комбинация которых при определенных условиях порождает эффекты, не существующие в природе. К примеру, в таких кристаллах появляются "лишние" оптические оси (до десяти осей вместо двух, как в природных двупреломляющих кристаллах), а направление преломления света начинает зависеть от длины волны.
Пока они не были созданы на практике, однако существующие на сегодняшний день технологии, в принципе, позволяют создавать такие кристаллы. Если физикам удастся их получить, то они смогут создать новые типы оптических устройств для микроэлектроники и систем передачи данных, управляющие поляризацией световых волн.
