Нелинейные метаматериалы сделают оптические компьютеры эффективнее

Нелинейные метаматериалы сделают оптические компьютеры эффективнее

Системы полностью оптической обработки информации сегодня разрабатываются по всему миру, так как это позволит существенно повысить эффективность компьютерных вычислений. Большие надежды разработчиков связаны с использованием нелинейных метаматериалов. Необходимо, прежде всего, добиться высокой эффективности нелинейного преобразования сигналов. Одна из фундаментальных задач, которая поможет решить эту проблему, — это изучение свойств нелинейных метаматериалов с учетом пространственной дисперсии. В этом направлении работает ученый Центра нанофотоники и метаматериалов ИТМО Максим Горлач вместе с коллегами. Международные эксперты высоко оценили результаты их исследований, присудив диплом за лучшую теоретическую работу на международной конференции «Metamaterials-2016», которая состоялась на Крите.

Метаматериалы, или искусственные композитные структуры, обладают рядом необычных электромагнитных свойств, которые активно исследуются теоретически и экспериментально в различных лабораториях по всему миру. Например, нелинейный отклик нелинейных метаматериалов может быть гораздо более сильным, чем у природных кристаллов. Это свойство нелинейных метаматериалов является ключевым для создания систем полностью оптической обработки информации, поскольку сложение и вычитание частот сигналов, а также управление распространением света при помощи света возможно лишь в нелинейных структурах.

Но возникает фундаментальный вопрос: как описывать специфику электромагнитного отклика таких метаматериалов и оптимизировать значения их нелинейных параметров? Эта актуальная проблема привлекает внимание ряда исследователей. Аспирант Университета ИТМО Максим Горлач совместно с коллегами провел исследование свойств нелинейных метаматериалов с учетом пространственной дисперсии.

Университет ИТМО. Максим Горлач
Университет ИТМО. Максим Горлач

«Почему это интересно: пространственная дисперсия может приводить к ситуации, когда при падении на материал пучка света при определенных условиях мы сможем получать три преломленных луча. Каждая из преломленных волн будет наводить нелинейную поляризацию в среде, и в результате возникнет три гармоники, все с одинаковой частотой, но с разными направлениями распространения. По итогам проведенной научной работы мы выяснили, что вблизи резонанса отдельных элементов в метаматериале, то есть в ситуации, когда нелинейные свойства наиболее отчетливо выражены, пространственная дисперсия проявляется очень сильно. Также мы доказали, что нелинейная восприимчивость оказывается зависимой от направления волнового вектора волны относительно кристаллографических осей образца. Для развития мировой науки о метаматериалах это абсолютно новые данные. Сейчас мы работаем над экспериментальным подтверждением наших предсказаний», — прокомментировал он (подробнее читайте здесь).

На конференции на Крите петербургский ученый презентовал свои последние результаты в этой области в докладе, который был признан лучшим среди других. В число жюри вошли организаторы конгресса, среди которых были эксперты из высокоцитируемых журналов Nature Materials и Nature Communications, а также представители издательской компании World Scientific. Это значит, что исследования нелинейных метаматериалов с учетом пространственной дисперсии являются актуальными и перспективными для будущих применений. В этом году на конференции был сделан акцент на коммерциализации разработок на основе метаматериалов. Сейчас в мире существуют фирмы, которые занимаются этим направлением.

«Метаматериалы для микроволнового диапазона уже сегодня находят ряд перспективных применений. В частности, разработкой метаповерхностей для улучшения характеристик МРТ-сканирования занимается научный сотрудник Университета ИТМО Алексей Слобожанюк. Его последние результаты в этом направлении были представлены и на конгрессе. На „Metamaterials“ обсуждались возможности применения метаматериалов для беспроводной передачи энергии, с эти исследования проводит научный сотрудник Университета ИТМО Полина Капитанова. Также был очень интересный доклад о метаматериалах для повышения эффективности систем радиочастотной идентификации (RFID). Они используются, например, для считывания данных с транспондеров: в Петербурге такие системы установлены на ЗСД. Также метаматериалы можно использовать для оптимизации параметров различных антенн», — рассказал Максим Горлач.

Университет ИТМО. Центр нанофотоники и метаматериалов
Университет ИТМО. Центр нанофотоники и метаматериалов

На конференции прозвучали доклады и по многим другим актуальным темам. Аншлаг собрал португальский ученый Марио Сильверинья с сообщением, посвященным топологическим эффектам в фотонике. Он продемонстрировал возможность реализовать топологически защищенные состояния в непрерывных системах. Это открывает перспективу для создания волноводов, в которых свет не будет рассеиваться на изгибах, а также найдет применение в технологиях уменьшения размера и повышения эффективности компонентов оптоэлектроники (подробнее читайте здесь). Актуальный доклад об экспериментальном исследовании метаматериалов для видимого диапазона и о поверхностных волнах на границах таких структур представил датский ученый Андрей Лавриненко.

Доклады конференции звучали параллельно в трех залах. На «Metamaterials-2016» приехали ученые из Великобритании, США, Австралии, России, Канады и других стран. В постерной сессии конференции участвовали магистранты Университета ИТМО.

Редакция новостного портала
Архив по годам:
Пресс-служба