Журнал «Письма в ЖЭТФ» является одним из самых уважаемых научных изданий в России. Его материалы переводятся на английский язык, а авторов цитируют ученые со всего мира. Редакционная коллегия журнала учредила ряд премий за лучшие публикации в разных областях науки. Обладателем такой премии стал научный сотрудник лаборатории «Метаматериалы» Иван Иорш. Совместно с коллегами он опубликовал две статьи в «Письмах в ЖЭТФ», в которых ученые исследуют свойства поверхностных плазмонов и магнетоплазмонов в графеновых наноструктурах.
Плазмоны — это квазичастицы, которые возникают в результате взаимодействия световых волн и колебаний электронов в проводниках. Такое явление может происходить, например, на металлических поверхностях. Сейчас изучение плазмонов и их свойств — крайне популярная область науки: используя их, можно как бы уменьшить длину волны света до наномасштаба. Все дело в том, что минимальная длина волны видимого света достигает примерно 300 нанометров (для фиолетового света), а современные электронные микросхемы работают на масштабах равных десятку нанометров. Поэтому в дальнейших открытиях на пути перехода от обычных компьютеров к оптическим плазмоны могут играть важную роль.
Ученые Университета ИТМО начали изучать поведение и свойства плазмонов на графене в 2012 году. По словам Ивана Иорша, тогда, после Нобелевской премии за открытие графена, исследованиями этой двумерной формы углерода занимались многие. Петербургские теоретики же сфокусировались не на электронных, а оптических свойствах графена.
«Графен — проводящий материал. Значит, там тоже присутствуют колебания электронной плоскости и могут распространяться плазмоны. В одном из наших исследований мы решили проверить, что будет происходить с плазмонами на графене в магнитном поле. Выяснилось, что с помощью относительно слабых магнитных полей можно управлять направлением распространения плазмонов и поляризационными свойствами. Это можно использовать для создания новых каналов коммуникации, в которых информация будет передаваться не с помощью включения и выключения сигналов, а через направление электрического поля», — пояснил Иван Иорш.
Во второй статье для «Писем в ЖЭТФ» ученые Университета ИТМО описали результаты изучения многослойных графеновых волноводов. Исследователи обнаружили ряд физических свойств, которые могут иметь прикладное значение. Так, если взять несколько слоев графена и расположить их на очень небольшом расстоянии друг над другом, то такая многослойная система с точки зрения электромагнитной волны все равно будет вести себя как двумерный слой. Однако проводимость такой системы будут увеличиваться пропорционально росту количества слоев.
Тему исследования наноплазмоники в метаматериалах на основе графена Иван Иорш вместе с коллегами развил еще в одной статье, но уже в журнале Physical Review B. В ней ученые предложили концепцию гиперболических метаматериалов на основе графена. Такие метаматериалы могут найти применение в создании так называемой гиперлинзы, способной преодолеть дифракционной предел, который ограничивает разрешение оптического микроскопа длиной волны видимого света. Это значит, что в такой микроскоп невозможно увидеть объект, который меньше длины световой волны. За подобными объектами, например вирусами, наблюдают с помощью электронного микроскопа, что не очень эффективно, поскольку от воздействия электронов вирусы быстро погибают. Кроме того, гиперболические метаматериалы могут быть использованы для управления скоростью излучения квантовых источников и других квантовых процессов.
«Эти материалы получили хороший отклик в научном сообществе и были процитированы около сотни раз. На эти исследования опирались и ученые в экспериментальных лабораториях, чему я очень рад. Ведь теоретик должен стремиться к тому, чтобы его разработки находили экспериментальное воплощение», - прокомментировал Иван Иорш.
