Ученые ТПУ нашли способ генерировать локализованные магнитные поля для улучшения работы оптических устройств 

11.10.2022

Ученые Томского политехнического университета показали возможность генерировать интенсивные магнитные волны в диэлектрической мезомасштабной частице Януса. Этот эффект достигается за счет специфической резонансной локализации в ней оптических волн. Исследование проводилось совместно с учеными из Тайваня и Китая. Открытие в перспективе может помочь усовершенствовать работу магнитооптических устройств в фотонных приложениях, а также быть перспективным в таких областях как суперлинзирование, спинтроника, нелинейная спектроскопия, магнитная запись. Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials (Q1; IF:5,719).

Разработка полностью диэлектрических структур с высоким магнитным откликом на оптических частотах в последние годы является предметом интенсивных исследований. Они перспективны для фотоники, но имеют недостаток: у них слабые магнитные эффекты на оптических частотах, связанные с малым значением магнитной проницаемости этих природных материалов. В связи с этим природные диэлектрические материалы редко применяются для практических «магнитных» приложений в оптике.

Ученые ТПУ впервые продемонстрировали возможность генерировать интенсивные магнитные концентрические субволновые «горячие круги» в диэлектрической мезомасштабной частице Януса на основе сферических или цилиндрических частиц. Частицы Януса — оптически ассиметричные частицы или частицы с нарушенной сферической или цилиндрической симметрией, которая обеспечивает дополнительную степень гибкости в настройке электромагнитного отклика. Локализация в них оптической волны в субволновых масштабах создает горячие магнитные «точки», формирующие магнитные круги.

Исследование генерации магнитных концентрических горячих кругов на оптических частотах в диэлектрических мезомасштабных частицах проводилось на частице с нанометровым слоем фосфида галлия.

За основу был взято использование резонанса Фано высокого порядка — типа резонанса, возникающего в результате интерференции двух волновых процессов. Он позволяет проводить локализованные манипуляции  с магнитным и электрическим полем, повышая эффективность их генерации. Ученые предложили другой фундаментальный подход.

«Приспосабливая нарушение морфологической симметрии к цилиндрической или сферической частице, нам удалось «переключиться» с горячих точек электрического поля на горячие точки магнитного поля с усилением его до нескольких порядков внутри частиц Януса вблизи их теневой поверхности. При этом усиление магнитного поля в таких локальных областях в несколько раз больше усиления электрического поля. Это расширяет возможности локализации сильного поля за дифракционным пределом в наномасштабе, открывая возможности для новых приложений. Таким образом, мы обнаружили, что сферические или диэлектрические мезоразмерные частицы с нарушенной симметрией могут генерировать стабильные наноразмерные горячие точки с гигантским увеличением интенсивности поля», — комментирует руководитель проекта, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Олег Минин.    

Предложенный метод генерации локализованных магнитных горячих точек может быть перспективен для улучшения взаимодействия магнитного света и материи при квантовых вычислениях, захвате наночастиц, суперразрешения и других процессах, связанных с работой магнитооптических устройств.

Пресс-служба Томского политехнического университета