Международная команда ученых, в которую вошли сотрудники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, впервые измерила гигантскую оптическую анизотропию в слоистых кристаллах дисульфида молибдена. Подобные кристаллы дихалькогенидов переходных металлов в будущем могут прийти на смену кремнию в фотонике. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Эффект двулучепреломления проявляется в виде зависимости преломления света в материале от направления его распространения и возникает благодаря несимметричному расположение атомов в некоторых материалах. При этом показатель преломления для одного луча остается постоянным, а для второго зависит от угла падения света. Этот эффект используется при создании поляризаторов и других оптических компонентов. Различие показателей преломления двух лучей помогает снизить толщину пластинки, что позволяет уменьшать размеры устройства.
Ультракомпактные волноводовы на основе анизотропных материалов позволяют достигнуть и даже преодолеть дифракционный предел. Крайне перспективными в этом отношении являются дихалькогениды переходных металлов. Эти соединения на основе серы, селена, теллура и 3d-элементов периодической таблицы Дмитрия Менделеева обладают слоистой структурой.
«От задачи измерения оптических свойств дисульфида молибдена мы пришли к совершенно иной задаче — собственно, к изучению анизотропии и поиску перспективных применений анизотропии таких кристаллов в фотонике», — рассказывает первый автор исследования, аспирант МФТИ Георгий Ермолаев.
Анизотропное строение влияет на оптические свойства материала, однако количественные измерения анизотропии отсутствовали. Для преодоления экспериментальных трудностей исследователи скомбинировали методы ближних и дальних электрических полей. И определили двулучепреломление материала, которое в ближнем инфракрасном диапазоне составило 1,5, а в видимом достигает 3. Эти величины в несколько раз превышают значения предыдущих рекордсменов. Полученные данные авторы сравнивались с квантовыми расчетами, которые показали абсолютно тот же результат.
«Если ранее для создания новых оптических схем и устройств мы ограничивались изменениями геометрии и эффективного показателя преломления, то гигантская анизотропия дает дополнительную степень свободы для манипулирования светом, — говорит руководитель проекта Валентин Волков. — Неожиданно для нас оказалось, что природные анизотропные материалы позволяют создавать компактные волноводы буквально на грани дифракционного предела. Это дает нам возможность конкурировать с кремниевой фотоникой, и теперь мы смело можем не только говорить о посткремниевой фотонике, но и реализовывать ее на практике».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
