ТПУ: Графен позволяет управлять свойствами диэлектриков с высоким преломлением

Учёные Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ совместно с коллегами из Беларуси доказали, что можно генерировать фотонную струю на основе диэлектрических частиц с высоким показателем преломления. Раньше считалось, что это возможно только для частиц с низким преломлением.

Чтобы добиться такого эффекта, на поверхность диэлектрической сферы наносят плёнку графена. В результате возникает резонанс Фано, усиливающий электромагнитное поле позади сферы. Это свойство мезочастиц в будущем может улучшить разрешение современных систем терагерцевого сканирования.

Результаты работы опубликованы в журнале Optics Letters.

Тераджет — фотонная струя в терагерцовом диапазоне частот, играет важную роль в современных системах сканирования. Она позволяет достичь сверхразрешения за пределами дифракционного предела.

В СВЧ- и ТГц-диапазонах потери в диэлектрике значительно выше, чем в оптическом диапазоне, а показатель преломления обычно больше двух. Улучшение разрешения возможно благодаря эффекту тераструй.

В настоящее время есть несколько способов управления фотонной струёй в терагерцовом диапазоне. Но обычно параметры тераджета, такие как максимальное усиление электрического поля, эффективная длина и положение фокусировки, зависят от свойств диэлектрического материала. Это затрудняет изменение этих параметров в реальном времени и ограничивает использование тераджета для построения изображений в ТГц-диапазоне.

Учёные из Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности Томского политеха и их коллеги из Белорусского государственного университета разработали новый метод управления электромагнитным полем диэлектриков с высоким преломлением.

Они предложили использовать графен для генерации фотонной струи в терагерцевом диапазоне и настройки её свойств. Для этого на поверхность сферы был нанесён монослой графена, после чего с помощью компьютерного моделирования изучили взаимодействие диэлектрической частицы и графена.

Графен может менять свои оптические свойства в зависимости от внешнего воздействия. Он очень гибкий, что позволяет создавать из него сложные структуры с заданными свойствами.

Исследование показало, что при определённом внешнем потенциале графена, нанесённого на диэлектрическую сферу, возникает резонанс Фано. В результате поле в теневой части сферы тоже увеличивается и становится равным или даже больше поля для диэлектрика с показателем преломления менее двух. Этот эффект позволяет контролировать мощность и размер генерируемого тераджета в реальном времени, — поясняет профессор отделения электронной инженерии ИШНКБ Игорь Минин.

Исследование показало, что графен помогает формировать тераджет из диэлектриков с высоким показателем преломления. Это значит, что сфера из диэлектрика, покрытая плёнкой графена, лучше подходит для управления параметрами тераджетов, чем однородная сфера.

Результаты исследования могут повлиять на разработку систем ТГц-визуализации и других технологий.

Иллюстрация: нейросеть

11.09.2024