Новые горизонты. Создана наноструктура для распознавания «спиралевидных» молекул с помощью закрученных волн света

Исследователи создали метаповерхность, способную почти с 100% эффективностью различать направления закрученности поляризованных световых волн. Это искусственное покрытие отражает свет, закрученный влево, и пропускает правосторонний свет. Толщина данной структуры составляет несколько сотен нанометров, что позволяет внедрять ее в современные электронные устройства.

Новое решение ускорит медицинские исследования, упростит обнаружение «спиралевидных» молекул, таких как ДНК, и откроет новые горизонты для экспериментальной физики. Результаты исследования опубликованы в журнале Laser & Photonics Reviews.

Свет представляет собой электромагнитные волны, и его поляризация определяется направлением колебания электрического и магнитного полей. Различают линейную и циркулярную поляризацию. Линейная поляризация меняет направление электрического поля вдоль линии, а циркулярная предполагает закрученность поля по спирали. Данная поляризация важна при взаимодействии света с веществами, связанными со спиральной структурой, такими как ДНК или некоторые лекарства.

«Наночастицы поддерживают два типа резонансов: электрический и магнитный дипольный. Они соответствуют колебаниям электрического и магнитного полей света. При правильном размещении наночастиц мы можем сделать так, чтобы эти резонансы соотносились с левосторонней или правосторонней циркулярной поляризацией света. Однако использование лишь одного из резонансов не позволяет достичь 100% селективности при отличии поляризаций. Мы же смогли совместить два типа резонансов при помощи отражения от стекла, на котором расположены наночастицы. В результате оба типа резонансов усиливают друг друга, и структура становится идеальным зеркалом для одной циркулярной поляризации и идеально прозрачной для второй. Другими словами, одна из поляризаций задерживается на метаповерхности, а другая отражается от нее.

• Михаил Рыбин, один из разработчиков проекта, доктор физико-математических наук, профессор физического факультета ИТМО

Это открытие может значительно повысить скорость и точность химических и биологических анализов, а также улучшить качество телекоммуникаций.

Исследование проводилось в рамках гранта РНФ № 24-72-10038.

Изображение на обложке: ИТМО