Группа ученых из университета Вандербилта (Vanderbilt University), используя нанопроводники, объединенные в сложный метаматериал, и некоторые принципы, почерпнутые из живой природы, создали первый интегрированный на кремниевый чип датчик поляризованного света. На основе такой технологии можно будет в будущем разработать новые портативные датчики, позволяющие использовать поляризованный свет во множестве областей, от разработки новых лекарственных препаратов до области квантовых вычислений и коммуникаций.
Следует отметить, что
созданный детектор поляризованного света основан на принципах, которые мало отличаются от принципов, которые используют каракатицы, пчелы, некоторые из видов креветок и других живых существ.
«Поляризация света практически не воспринимается человеческим глазом, но с научной точки зрения поляризованный свет может заключать в себе гораздо больше полезной информации» – рассказывает Джейсон Валентайн (Jason Valentine), один из исследователей, – «Сейчас существует несколько способов определения поляризации света, но все они используют достаточно громоздкие оптические компоненты, которые не поддаются миниатюризации.
Нам удалось обойти это препятствие при помощи так называемого метаматериала, обладающего рядом уникальных свойств, которые не имеет ни один из материалов естественного происхождения».
Поляризация света бывает в основном двух простых типов, линейной или круговой, если не брать в расчет виды сложной поляризации, используемые крайне и крайне редко. В отличие от неполяризованного света, у которого электрические поля электромагнитных волн фотонов света ориентированы в случайных направлениях, электрические поля поляризованного света ориентированы в одном направлении. Изменение угла поляризации света, прошедшего через слой исследуемого материала, может рассказать ученым о этом материале очень многое, в частности о наличии хиральных молекул, молекул, являющихся зеркальными отражениями нормальных молекул. И такая возможность имеет очень важное значение для биологических исследований, для разработки лекарственных препаратов и во множестве других областей, в частности квантовых вычислений, где поляризация фотонов является переносчиком квантовой информации.
Исследователи изготовили портативный датчик поляризованного света, уложив зигзагообразным образом серебряные нанопроводники на тонкий слой акрилового полимера, нанесенного на поверхность серебряного «блюдца», которое, в свою очередь, было прикреплено к поверхности кремниевого основания нанопроводниками вниз.
Нанопроводники создают «море» из колеблющихся свободных электронов, плазмонов, возникающих когда фотоны света ударяют в поверхность металла. Возникающие плазмонные волны поглощают энергию фотонов и распространяются через кремниевую подложку. И это все в целом обуславливает возникновение слабого электрического тока, который можно усилить до необходимой величины и измерить его параметры.
Исследователи выяснили, что
определенная зигзагообразная ориентация нанопроводников может служить для детектирования света с определенной линейной поляризацией, а небольшие изменения в структуре приводят к тому, что поверхность датчика поглощает свет лишь с круговой поляризацией. В результате этого на поверхности нового датчика появилось несколько различных областей, способных детектировать свет с определенной линейной и круговой поляризацией.
Исследователи признают, что созданное ими устройства пока еще не совсем эффективно для того, чтобы на его основе начать разработку конечных продуктов.
Однако, у них в запасе имеется еще несколько уловок, использование которых позволит поднять эффективность, чувствительность и некоторые другие параметры датчика, который после этого сможет послужить началом целого поколения новых устройств.
