Учёные ДВФУ приняли участие в создании метаматериала для анализа хиральных молекул
2 августа 2019 - Наука и инновации
Учёные из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Технологического университета Суинбурна (Австралия) в партнёрстве с коллегами из Индии и Японии разработали оптический элемент-метаматериал, позволяющий преобразовать обычный гауссов пучок в сингулярный вихревой в среднем инфракрасном (ИК) и терагерцевом (Тгц) диапазонах частот. С его помощью можно проводить передовые лабораторные исследования структуры протеинов в инфракрасном спектре, а также новых киральных — несимметричных — молекулярных соединений. Статья об этом опубликована в журнале Nanophotonics.
Новый оптический метаматериал — это тончайшая кремниевая пластина с упорядоченным массивом крестообразных наноструктур, выполняющих роль системы резонаторов, антенн. Они не допускают рассеяние в обратном направлении падающего на пластину пучка электромагнитного излучения на определенной (резонансной) длине волны, независимо от направления его поляризации. Волновой фронт пучка, проходящего через прозрачный метаматериал, приобретает спиральную форму. «Закручивать» пучок можно с разной скоростью вращения как по часовой, так и против часовой стрелки. Эффективность метаматериала — спиральной фазовой пластины — близка к 100%.
«Разработанный дизайн фазовой пластины на основе массива крестообразных кремниевых наноантенн универсален. Простое линейное масштабирование размеров и расположение резонаторов позволяют спроектировать и изготовить подобный преобразователь практически для любой длины волны. Мы продемонстрировали эффективность разработанного дизайна для среднего ИК и ТГц спектральных диапазонов, принципиально важных для изучения структуры новых молекулярных соединений, в том числе киральных — несимметричных — молекул», — рассказал научный сотрудник Центра НТИ по виртуальной и дополненной реальности ДВФУ Александр Кучмижак.
Учёный подчеркнул, что в терагерцовой области исследований такие спиральные фазовые пластинки могут применяться в качестве оптических элементов современных импульсных синхротронных источников ТГц излучения. Генерируемые ими импульсы, как правило, не имеют строго выделенного направления поляризации.
Для производства фазовых пластинок-преобразователей используются малозатратные методы оптической и лазерной литографии, поэтому новый метаматериал имеет хорошие перспективы коммерческого внедрения.
Ранее учёные ДВФУ и Дальневосточного отделения Российской академии наук в сотрудничестве с коллегами из России и Австралии разработали метод эффективного производства наноантенн из сплава кремния и германия. На их основе появятся оптические биосенсорные платформы и химические датчики нового поколения, которые будут быстро и точно определять мельчайшие следы молекул, в том числе вирусов, экологически вредных веществ, взрывчатки и химических реагентов.
Пресс-служба ДВФУ,
press@dvfu.ru
