Dyakonov pinta-aallot

Dyakonov-pinta-aallot ( DSW - Dyakonov-pinta-aalto) ovat sähkömagneettisia pinta-aaltoja, jotka etenevät isotrooppisen ja yksiaksiaalisen kahtaistaittavan väliaineen rajapinnalla. Teoreettisesti ne ennusti vuonna 1988 venäläinen fyysikko Mihail Dyakonov [1] . Toisin kuin muut akustiset ja sähkömagneettiset pinta-aallot, DSW:n olemassaolo liittyy rajapinnan muodostavien materiaalien symmetrian eroihin. Hän tarkasteli isotrooppisen siirtoväliaineen ja anisotrooppisen yksiaksiaalisen kiteen välistä rajapintaa ja osoitti , että tietyissä olosuhteissa rajapinnassa täytyy olla aaltoja. Myöhemmin ennustettiin, että samanlaisia ​​aaltoja on kahden identtisen, eri suuntautuneen yksiakselisen kiteen rajalla. [2] Aikaisemmin tunnetut sähkömagneettiset pinta-aallot, pintaplasmonit ja pintaplasmonipolaritonit ovat olemassa sillä ehdolla, että yhden rajapinnan muodostavan materiaalin permittiivisyys on negatiivinen ja toisen positiivinen (esimerkiksi ilma/metallin tapauksessa liitäntä plasmataajuuksien alapuolelle ). Sitä vastoin DSW voi levitä, kun molemmat materiaalit ovat läpinäkyviä; siksi ne ovat käytännössä häviöttömät, mikä on niiden merkittävin ominaisuus.

Viime vuosina DSW:n merkitys ja mahdollisuudet ovat kiinnittäneet monien tutkijoiden huomion: muutos jommankumman tai molempien kumppanimateriaalien perusominaisuuksissa - esimerkiksi jonkin kemiallisen tai biologisen aineen tunkeutumisen vuoksi - voi olla käsinkosketeltavaa. . muuttaa aallon ominaisuuksia. Tästä syystä on suunniteltu lukuisia mahdollisia sovelluksia, mukaan lukien laitteet integroituun optiikkaan, kemialliseen ja biologiseen pintaanturiin jne. [3] . DSW:n välttämättömien ehtojen täyttäminen ei kuitenkaan ole helppoa, ja tämän vuoksi ensimmäinen kokeellinen todiste DSW:n havainnointiperiaatteesta [4] raportoitiin vasta 20 vuotta alkuperäisen ennusteen jälkeen.

Tämän ilmiön eri näkökohdista on ilmestynyt suuri määrä teoreettisia artikkeleita, katso yksityiskohtainen katsaus [5] . Erityisesti tutkittiin DSW:n etenemistä magneettisilla rajapinnoilla [6] vasenkätisten materiaalien [7] sähköoptisissa [8] [9] ja kiraalisissa [10] materiaaleissa. DSW:n aiheuttamaa resonanssiläpäisyä prismoja käyttävissä rakenteissa on ennustettu [11] , ja DSW:n ja pintaplasmonien (Dyakonov-plasmonien) yhdistelmää ja vuorovaikutusta on tutkittu ja havaittu [12] [13] [14] [15] [16] .

Fysikaaliset ominaisuudet

Yksinkertaisin kokoonpano, jota tarkastellaan kohdassa [5]. Kuva 1 koostuu rajapinnasta isotrooppisen materiaalin, jonka permittiivisyys ε , ja yksiaksiaalisen kiteen välillä, jonka permittiivisyys on ε 0 ja e e tavanomaisille ja satunnaisille aalloille, vastaavasti. Kiteen akseli C on yhdensuuntainen rajapinnan kanssa. Tässä konfiguraatiossa DSW voi levitä rajapintaa pitkin tietyin kulmavälein suhteessa C-akseliin edellyttäen, että ehto e e > ε > ε 0 täyttyy . Siten DSW : itä tukevat vain rajapinnat kiteiden kanssa, joilla on positiivinen kahtaistaitteisuus ( e e > eo ). Kulmaväli määritellään parametrilla

.

DSW-vaiheen ja ryhmän nopeuden kulmavälit ( Δθ ph ja Δθgr ) ovat erilaisia. Vaiheenopeuksien väli on verrannollinen η 2 :een ja jopa voimakkaimmille kahtaistaitteille luonnonkiteille on hyvin kapea Δθ ph ≈ 1° ( rutiili ) ja Δθ ph ≈ 4° ( kalomeli ) [17] .. Kuitenkin fysikaalisesti tärkeämpi ryhmän nopeusväli on paljon suurempi (suhteessa η :iin ). Laskelmat antavat rutiilille Δθ gr ≈ 7° ja kalomelille Δθ gr ≈ 20° .

Näkökulmat

DSW-materiaalijärjestelmien laajaa kokeellista tutkimusta ja niihin liittyvien käytännön laitteiden kehitystä rajoittavat suurelta osin DSW:n onnistuneen leviämisen edellyttämät tiukat anisotropiaolosuhteet , erityisesti vähintään yhden ainesosan materiaalin suuri kahtaistaittavuus ja rajallinen määrä luonnollisesti saatavilla olevia materiaaleja. materiaalit, jotka täyttävät tämän vaatimuksen. Tämä tulee kuitenkin pian muuttumaan uusien keinotekoisesti luotujen metamateriaalien [18] ja vallankumouksellisten materiaalien syntetisointimenetelmien valossa.

DSW:iden äärimmäinen herkkyys anisotropialle ja siten stressille sekä niiden alhainen häviö (alue) tekevät niistä erityisen houkuttelevia tarjoamaan erittäin herkkiä tunto- ja ultraäänianturia seuraavan sukupolven nopeille muunnos- ja lukutekniikoille. . Lisäksi DSW:n ainutlaatuista suuntaavuutta voidaan käyttää optisten signaalien ohjaamiseen [19] .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Dyakonov, MI (huhtikuu 1988). "Uuden tyyppinen sähkömagneettinen aalto etenee rajapinnassa" (Ilmainen PDF-lataus) . Neuvostoliiton fysiikka JETP . 67 (4): 714. Arkistoitu (PDF) alkuperäisestä 13.7.2018 . Haettu 2021-10-04 . Käytöstä poistettu parametri |deadlink=( ohje )
  2. ↑ Averkiev, NS ja Dyakonov, MI (1990). "Sähkömagneettiset aallot lokalisoituvat läpinäkyvän anisotrooppisen väliaineen rajapinnalle". Optiikka ja spektroskopia (Neuvostoliitto) . 68 (5) : 653. Bibcode : 1990OptSp..68..653A .
  3. ↑ Torner, L., Artigas, D. ja Takayama, O. (2009). Dyakonov pinta-aallot. Optiikka ja fotoniikka uutiset . 20 (12). Bibcode : 2009OptPN..20...25T . DOI : 10.1364/OPN.20.12.000025 .
  4. ↑ Takayama, O., Crassovan, L., Artigas D. ja Torner, L. (2009). "Dyakonov-pintaaaltojen havainnointi" (Ilmainen PDF-lataus) . Phys. Rev. Lett . 102 (4). Bibcode : 2009PhRvL.102d3903T . DOI : 10.1103/PhysRevLett.102.043903 . PMID  19257419 . Arkistoitu alkuperäisestä 2021-10-04 . Haettu 2021-10-04 . Käytöstä poistettu parametri |deadlink=( ohje )
  5. ↑ Takayama, O., Crassovan, LC, Mihalache, D. ja Torner, L. (2008). "Dyakonov Surface Waves: Katsaus" . Sähkömagneettiset ominaisuudet . 28 (3): 126-145. DOI : 10.1080/02726340801921403 .
  6. ↑ Crassovan, LC, Artigas, D., Mihalache, D. ja Torner, L. (2005). "Optiset Dyakonov-pinta-aallot magneettisilla rajapinnoilla". Valita. Lett . 30 (22): 3075-7. Bibcode : 2005OptL...30.3075C . DOI : 10.1364/OL.30.003075 . PMID  16315726 .
  7. ↑ Crassovan, LC, Takayama, D., Artigas, D., Johansen, SK, Mihalache, D. ja Torner, L. (2006). "Parannettu Dyakonov-tyyppisten pinta-aaltojen lokalisointi vasenkätisissa materiaaleissa". Phys. Rev. b . 74 (15): 155120. arXiv : physics/0603181 . Bibcode : 2006PhRvB..74o5120C . DOI : 10.1103/PhysRevB.74.155120 .
  8. ↑ Nelatury, S.R., Polo jr., JA ja Lakhtakia, A. (2008). "Pinta-aaltojen leviämisen sähköinen ohjaus lineaarisen sähköoptisen materiaalin ja isotrooppisen dielektrisen materiaalin tasorajapinnassa" . Sähkömagneettiset ominaisuudet . 28 (3): 162-174. arXiv : 0711.1663 . DOI : 10.1080/02726340801921486 .
  9. ↑ Nelatury, S.R., Polo jr., JA ja Lakhtakia, A. (2008). "Dyakonov-pinta-aaltojen kulman olemassaoloalueen laajentamisesta Pockelsin efektin avulla". Mikroaaltouuni ja optinen tekniikka Letters . 50 (9): 2360-2362. arXiv : 0804.4879 . Bibcode : 2008arXiv0804.4879N . DOI : 10.1002/mop.23698 .
  10. ↑ Gao, kesäkuu (2009). "Dyakonov-Tamm-aalloilla, jotka paikallistuvat rakenteellisesti kiraalisen materiaalin keskeiseen kierrevirheeseen". Journal of the Optical Society of America B . 26 (12): B74-B82. Bibcode : 2009JOSAB..26B..74G . DOI : 10.1364/JOSAB.26.000B74 .
  11. ↑ Takayama, O., Nikitin, A. Yu., Martin-Moreno, L., Mihalache, D., Torner, L. ja Artigas, A. (2011). "Dyakonov-pintaaaltoresonanssilähetys" (PDF) . Optiikka Express . 19 (7): 6339-47. Bibcode : 2011OExpr..19.6339T . DOI : 10.1364/OE.19.006339 . PMID21451661  . _ Arkistoitu (PDF) alkuperäisestä 2021-10-04 . Haettu 2021-10-04 . Käytöstä poistettu parametri |deadlink=( ohje )
  12. ↑ Guo, Yu.. Newman, W., Cortes, C.L. ja Jacob, Z. (2012). Tarkista artikkeli: Hyperbolisten metamateriaalisubstraattien sovellukset. Optoelektroniikan edistysaskel . 2012 : 1-9. arXiv : 1211.0980 . DOI : 10.1155/2012/452502 .
  13. ↑ Jacob, Z. ja Narimanov, EE (2008). "Optinen hyperavaruus plasmoneille: Dyakonov-tilat metamateriaaleissa". Appl. Phys. Lett . 93 (22): 221109. Bibcode : 2008ApPhL..93v1109J . DOI : 10.1063/1.3037208 .
  14. ↑ Takayama, O., Artigas, D. ja Torner, L. (2012). "Plasmonien ja diakononien kytkeminen". Optiset kirjaimet . 37 (11): 1983-5. Bibcode : 2012OptL...37.1983T . DOI : 10.1364/OL.37.001983 . PMID  22660095 .
  15. ↑ Takayama, O., Shkondin, E., Bogdanov A., Panah, ME, Golenitskii, K., Dmitriev, P., Repän, ​​​​T., Malureanu, R., Belov, P., Jensen, F. ja Lavrinenko, A. (2017). "Keski-infrapuna-pinta-aallot korkean kuvasuhteen nanokaivan alustalla" (PDF) . ACS Photonics . 4 (11): 2899-2907. DOI : 10.1021/acsphotonics.7b00924 . Arkistoitu (PDF) alkuperäisestä 2021-10-04 . Haettu 2021-10-04 . Käytöstä poistettu parametri |deadlink=( ohje )
  16. ↑ Takayama, O., Dmitriev, P., Shkondin, E., Yermakov, O., Panah, M., Golenitskii, K., Jensen, F., Bogdanov A. ja Lavrinenko, A. (2018). "Dyakonov-plasmonien kokeellinen havainto keski-infrapunassa". Puolijohteet . 52 (4): 442-6. Bibcode : 2018Semic..52..442T . DOI : 10.1134/S1063782618040279 .
  17. ↑ Takayama, O. (2008). "Dyakonov Surface Waves: Katsaus" . Sähkömagneettiset ominaisuudet . 28 (3): 126-145. DOI : 10.1080/02726340801921403 .
  18. ↑ Takayama, O. (2017). "Fotoniset pinta-aallot metamateriaalirajapinnoilla". Journal of Physics: Condensed Matter . 29 (46): 463001. Bibcode : 2017JPCM ...29T3001T . DOI : 10.1088/1361-648X/aa8bdd . PMID  29053474 .
  19. ↑ Takayama, O. (2014). "Valon häviötön suuntaohjaus dielektrisissä nanolevyissä käyttämällä Dyakonov-pintaaaltoja". Luonnon nanoteknologia . 9 (6): 419-424. Bibcode : 2014NatNa...9...419T . DOI : 10.1038/nnano.2014.90 . PMID24859812  . _
  20. ↑ Liu, Hsuan-Hao (2013). "Vuotava pintaplasmonipolaritonimoodit metallin ja yksiakselisesti anisotrooppisten materiaalien välisessä rajapinnassa." IEEE Photonics Journal . 5 (6): 4800806. Bibcode : 2013IPhoJ ...500806L . DOI : 10.1109/JPHOT.2013.2288298 .