КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-22-01020

НазваниеОптическая анизотропия для управления резонансами фотонных связанных состояний в метаповерхностях на основе наночастиц из дихалькогенидов переходных металлов.

Руководитель Прохоров Алексей Валерьевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" , Владимирская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-203 - Поверхность и тонкие пленки

Ключевые слова метаповерхность, фотонные связанные состояния, оптическая анизотропия, дихалькогениды переходных металлов

Код ГРНТИ29.19.22

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проектирование и разработка современных оптических материалов и готовых устройств на их основе является одним из приоритетных направлений на стыке фотоники, наноэлектроники и теории конденсированных сред. Особое место здесь занимают двумерные монослойные либо многослойные материалы, физика взаимодействия оптического излучения с которыми определяется целым рядом их уникальных свойств, не наблюдаемых для трехмерных образцов с тем же химическим составом. Особый интерес представляет изучение фундаментальных свойств нанообъектов, полученных различными экспериментальными методиками из образцов двумерных материалов и их дальнейшее использование в приложениях. В таких нанобъектах одновременно сочетаются свойства исходного двумерного материала, но при этом добавляются дополнительные ограничения в зависимости от его состава: дополнительный конфайнмент электронов в полупроводниковых, а также возможность возбуждения Ми-резонансов в диэлектрических наночастицах. Развитие теории управления взаимодействием оптического излучения с такими структурами будет способствовать появлению целого класса новых метаматериалов, метаповерхностей, а также метапокрытий, кардинально меняющих физические свойства объемных тел, на которые они нанесены. Одной из важных проблем, которая может быть решена с использованием новых метаматериалов, является практическая реализация эффективной накачки для двумерных лазерных систем и разработка новых методов создание сенсорных метапокрытий и монослойных абсорберов, непосредственно наносимых на поверхность произвольного рельефа, в частности, с использованием технологии лазерной печати. Основой решения обозначенных проблем может служить использование нового подхода к реализации когерентной накачки посредством возбуждения фотонных связанных состояний в континууме (Bound States in the Continuum, BIC) в метаповерхностях и метаслоях на основе наночастиц, изготовленных из двумерных материалов с сильной анизотропией оптических свойств. Варианты использования таких состояний для установления режимов генерации в метаповерхностях на основе изотропных частиц были рассмотрены в нескольких работах, вышедших в течение последних пяти лет. Однако, особенностью связанных состояний в континууме является отсутствие их взаимодействия со свободно-распространяющимися волнами. Поэтому, используют варианты разрушения симметрии либо отдельных строительных блоков, либо топологии метаповерхности, в целом, для перекачки энергии из связанных состояний в истекающие (излучающие) моды. Данные процессы происходят адиабатически–медленно, что проводит к тому, что соответствующие формированию фотонных связанных состояний резонансы как идеальных запертых, так и формируемых в пространственно-ограниченных метаповерхностях квази-запертых мод отличаются высокой добротность и низкой энергетикой. Одним из способов возбуждения таких мод является инициализация канала закачки энергии посредством частиц с нарушенной симметрией и ненулевыми значениями недиагональных элементов тензора их диэлектрической проницаемости, в частности, с наличием оптического бианизотропного отклика как магнитного, так и электрического типов. При этом, величина самих недиагональных элементов оказывается существенно меньше диагональных элементов, определяющих основные резонансы наночастиц. Имеющиеся в распоряжении способы регулирования ограничены варьированием формы наночастиц, но в условиях их изоторпного состава имеется жесткая связь между различными элементами тензора проницаемости. Ключевым моментом настоящего проекта является изучение роли оптической анизотропии материала, из которого изготовлены отдельные блоки, в формировании оптического отклика метаповерхности с целью определения возможностей использования этой новой степени свободы для управления добротностью и спектральным положением резонансов фотонных связанных состояний в таких метаповерхностях. В частности, в качестве строительных блоков метаповерхности будут рассмотрены наночастицы из дихалькогенидов переходных металлов (MoS2, WS2, MoSe2, MoTe2 и др.) с нарушенной симметрией, поддерживающие бианизотропный отклик магнитного либо электрического типа. Основными требованиями к таким системам будет служить достижение высокой устойчивости формируемых в них квази-связанных состояний (квази-запертых мод) за счет значительного увеличения спектральной ширины соответствующих резонансов. Особенностью рассматриваемой задачи будет ориентация разрабатываемых моделей на различные доступные способы производства метаповерхностей из наночастиц двумерных материалов, в том числе, используя литографические, а также методы лазерной печати наноструктур. В состав научной группы входят представители владимирского государственного университета и московского физико-технического института, обладающие оригинальными подходами к решению сложных задач, объединение которых даст качественно новый научный результат и приведет к созданию научного продукта, конкурентного на мировом научном рынке, а также заложит базу для практической реализации принципиально новых метаматериалов, и метапокрытий, а также отдельных устройств на их основе.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---