Оптические линии связи обладают высокой пропускной способностью и позволяют с большой скоростью передавать огромные массивы данных. Однако световые волны слабо локализованы, что затрудняет интеграцию оптических элементов в современные электронные микросхемы. Для того, чтобы решить эту проблему, ученые Университета ИТМО предлагают использовать поверхностные плазмон-поляритоны, которые представляют собой связанные состояния фотонов и электронного газа в металле. С их использованием можно создать устройства обработки и передачи оптической информации на наномасштабах.
Главное свойство плазмон-поляритонов в том, что они совмещают в себе полезные свойства как световой волны, так и электрона. С одной стороны, скорость их распространения почти такая же, как у фотонов, то есть существенно выше, чем у электронов. С другой стороны, плазмон-поляритоны являются сильно локализованными поверхностными волнами, что позволяет управлять ими на наномасштабах.
В рамках проекта РНФ ученые Университета ИТМО пытаются спроецировать свои знания в области трехмерных метаматериалов на двумерные метаповерхности, поддерживающие поверхностные волны. Метаповерхности обладают многими уникальными свойствами, присущими метаматериалам, однако для их создания могут использоваться хорошо изученные планарные технологии. Это позволит избежать технологических трудностей, связанных с разработкой трехмерных метаматериалов, которые применяются для управления свободно распространяющимися электромагнитными волнами.
«В нашем проекте мы исследуем анизотропные (гиперболические) метаповерхности. Оказывается, что при определенных условиях в таких системах возможно узконаправленное распространение гибридных поверхностных волн. Высокая направленность является их уникальным свойством, которое может быть полезно при решении задач эффективной передачи оптических сигналов между наноантеннами в пределах оптического чипа», — прокомментировал аспирант кафедры нанофотоники и метаматериалов Иван Синев.
Ученые занимаются исследованием этого нового типа волн, свойства которых зависят от параметров наноструктурированной метаповерхности, вдоль которой они распространяются. Для этого необходимо проводить измерения свойств создаваемых наноструктур, а также характеристик самих волн на специальном оборудовании.
Университет ИТМО находится в процессе закупки этого оборудования, и ожидается, что установка заработает в лаборатории «Метаматериалы» уже летом. Сейчас же первичные исследования получаемых структур сотрудники лаборатории проводят в сотрудничестве с Датским техническим университетом, где существует необходимая установка.
«Наши поездки в Данию направлены в том числе на то, чтобы перенять у коллег опыт работы с подобным оборудованием, понять, какие у него есть недостатки, чтобы учесть их при создании экспериментальной установки уже в нашем вузе. В результате мы получаем неоценимый опыт, но стоит подчеркнуть, что задачи для исследований поступают от научной группы лаборатории метаматериалов Университета ИТМО», — пояснил научный сотрудник кафедры нанофотоники и метаматериалов, Антон Самусев.
Сотрудничество с Датским техническим университетом носит взаимовыгодный характер. В Университете ИТМО работает уникальное оборудование для изучения распространения поверхностных волн с помощью методов ближнепольной микроскопии, которое будет использоваться на более поздних этапах проекта. Такой установки, в свою очередь, нет в университете в Дании.
Новое оборудование, которое появится в Университете ИТМО, можно будет использовать и для множества других проектов по изучению поверхностных волн, что позволит конкурировать с самыми передовыми научными группами по всему миру.
