Получен первый широкополосный метаматериал

Несмотря на то, что метаматериалы стали новым словом в оптике за последнее десятилетие, полностью реализовать свой потенциал им мешает неспособность проявлять свои экзотические свойства в широкой полосе частот видимого света. Создававшиеся до сих пор «искусственные атомы» метаматериалов имели две составляющие, одна из которых взаимодействовала с электрическим, а другая — с магнитным полем. Недостаток такого подхода в том, что эти индивидуальные компоненты работали с разными полосами частот света, и сложно было добиться их пересечения в широком диапазоне длин волн.

В заглавной статье последнего номера Advanced Optical Materials, инженеры Стэнфордского университета сообщили о получении метаматериала, рабочий диапазон частот которого увеличен более, чем вдвое. Характеристики каждого его «атома» позволяют эффективно взаимодействовать и с электрической и с магнитной составляющими светового излучения.

Приступая к работе, группа исследователей первым делом рассчитала двумерную (планарную) структуру, обладавшую необходимыми оптическими качествами. Как оказалось, она имела бесконечную протяженность, то есть плохо подходила для реализации в «атомах». Поэтому, применив математический аппарат трансформативной оптики, ученые преобразовали бесконечную плоскую структуру в трехмерный нанообъект, с сохранением всех ключевых оптических характеристик.

Итоговый объект имеет форму ущербной Луны — тонкий по краям и утолщенный посередине. Метаматериал, состоящий из таких «атомов», организованных в периодический массив, демонстрирует отрицательный коэффициент преломления для многих областей видимого и близкого ИК-спектра, а общая протяженность диапазона длин волн составляет 250 нм.

На следующих стадиях работы ученые надеются оптимизировать геометрию нанообъекта и охватить таким образом весь видимый спектр, от 400 до 700 нм.