Ученые Сколтеха (входит в группу ВЭБ.РФ) и МФТИ изучили, как эффект Казимира позволяет точно управлять углом наклона наноструктур. Работа выполнена при поддержке РНФ (проект 22-12-00351-П).
Суть явления Казимира
В 1948 г. физик Хендрик Казимир предсказал удивительный эффект: два нейтральных проводника в вакууме притягиваются. Силу этого притяжения можно вычислить, анализируя вакуумные флуктуации.
Фокус исследования
Исследователи из России сосредоточились на одномерных фотонных решетках из анизотропного диэлектрика. Это параллельные структуры, в которых свет ведет себя по-разному в зависимости от направления и поляризации. Хотя такие решетки изучены, ученые взяли систему из двух слоев, повернутых относительно друг друга, с дополнительным поворотом оси анизотропии материала в каждом слое. Это нарушает симметрию, делая подрешетки хиральными, а их взаимодействие через силы Казимира сложным.
Новаторский метод расчета
Для расчета взаимодействия авторы использовали метод матриц рассеяния в формализме Казимира-Лифшица. Этот подход учитывает реальные оптические свойства материалов, потери, дисперсию и сложную геометрию.
Ключевые открытия
В симметричном случае (ось анизотропии параллельна полоскам или перпендикулярна) система стремится к классическим ориентациям: параллельной или перпендикулярной, как было известно ранее.
Поворот оси анизотропии ломает симметрию! Минимум энергии достигается уже не при нулевом угле, а при определенном угле поворота решеток друг относительно друга. Оказалось, равновесный угол таков, что оси анизотропии обеих решеток оказываются практически параллельны, и это не зависит от расстояния между ними.
Принципиальная важность и перспективы
Независимость равновесного угла от зазора крайне важна. При сближении хиральные решетки 'знают', в какое положение им встать, и поворачиваются сами под действием казимировского крутящего момента. Это открывает путь к созданию элементов самосборки в нанофотонике.
Мнение ученых
Наталья Салахова (Сколтех, МФТИ): 'Ключевой результат: равновесный угол задается внутренними свойствами материала. Это дает свободу в проектировании фотонных структур с программируемым поведением'.
Илья Фрадкин (Сколтех, МФТИ): 'Крутящий момент Казимира раньше был лишь любопытным явлением. Хиральность меняет картину: появляется контролируемый равновесный угол. Это позволяет создавать наноструктуры, самонаходящие позицию без управления'.
Сергей Дьяков, руководитель группы (Сколтех): 'Практическое применение лежит в реконфигурируемой нанофотонике. Оптика, самостоятельно выбирающая позицию без механизмов, нужна в сверхмалых датчиках, переключателях и квантовых схемах'.
Николай Гиппиус, директор группы (Сколтех): 'Следующий шаг: поиск материалов с лучшей анизотропией для максимального крутящего момента'.
Источник: biz.cnews.ru
