Ученые из Университета ИТМО экспериментально исследовали то, как ведет себя свет внутри квазикристаллического полимера. В будущем использование квазикристаллов может открыть новые возможности в создании лазеров и сенсоров нового поколения.
Свет впервые «поймали» в полимерном квазикристалле

Кристаллы — это твердые вещества, которые имеют периодическую структуру, то есть при смещении атомов на некоторое расстояние они в точности займут места, в которых находились другие атомы до перемещения. Полностью данный факт был доказан учеными в начале XX века, что дало старт современной физике твердого тела, а также заложило фундамент для развития полупроводниковых технологий.

«Компьютеры, смартфоны, светодиодные лампы, лазеры — все то, без чего так сложно представить нашу повседневную жизнь, — рассказывает доцент Нового физтеха Университета ИТМО, доктор наук Михаил Рыбин, — было спроектировано благодаря пониманию природы кристаллической структуры полупроводниковых материалов. Теория периодических структур позволяет сделать вывод, что волны, будь то свет, электроны или звук могут двигаться только двумя способами. Либо волна распространяется в кристалле по направлению вперед, либо быстро затухает на частотах так называемой запрещенной зоны. Других вариантов нет, что чрезвычайно упрощает законы распространения частиц, существенно облегчая инженерные задачи».

Однако для создания некоторых устройств, к примеру, сенсоров и лазеров, нужно, чтобы кристалл не пропускал волну и не гасил ее, а на некоторое время задержал ее в себе. То есть необходима своеобразная «ловушка» для света.

В идеале в качестве «ловушки» должен выступать весь материал, ведь чем больше будет объем удержания света, тем эффективнее будет взаимодействие волны с активным веществом. Однако в случае с кристаллом это невозможно. Можно использовать беспорядочные структуры, вроде порошков, но хаотичное расположение частиц очень сложно воспроизвести. Альтернативой может стать использование квазикристаллов, в которых структура не образует периодических решеток, как в кристаллах, но при этом имеет математически строгую упорядоченность. В 2017 году было предсказано, что в них можно будет локализовать свет.

Ученым Университета ИТМО удалось с помощью трехмерной нанопечати создать образцы полимерных квазикристаллов. Они провели исследования, изучили качество их поверхности. «После этого мы сделали эксперимент, — объясняет соавтор работы, аспирант Артем Синельник, — на квазикристалл посылали короткий импульс света и измерили так называемое послесвечение. Мы обнаружили, что свет выходит из наших образцов с задержкой, то есть волна удерживается внутри достаточно продолжительное время. Таким образом, мы подтвердили возможность поймать свет в объемном полимерном квазикристалле». Работа опубликована в журнале Advanced Optical Materials.

Материал предоставлен пресс-службой Университета ИТМО