Российские ученые выяснили, что так называемый эффект Казимира, заставляющий объекты притягиваться друг к другу под действием квантовых флуктуаций вакуума, можно использовать для очень точного управления положением наноструктур. Это позволит создавать самонастраивающиеся нанофотонные устройства, сообщила пресс-служба «Сколтеха» (входит в группу ВЭБ.РФ).
Источник: Пресс-служба РНФ. Изображение создано с помощью нейросети
Результаты исследования, выполненного при поддержке Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Physical Review A (прим. – Пресс-служба РНФ).
«Практическое применение данного открытия - в области реконфигурируемой нанофотоники. Оптические компоненты, способные самостоятельно принимать заданное угловое положение без механических приводов, могут использоваться в сверхминиатюрных датчиках, оптических переключателях и квантово-оптических схемах, в которых внешнее механическое воздействие невозможно или нежелательно», - пояснил доцент «Сколтеха» Сергей Дьяков, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Еще в 1948 году нидерландский физик Хендрик Казимир показал, что плоские объекты, расположенные на очень небольшом расстоянии друг от друга, будут притягиваться под воздействием квантовых флуктуаций вакуума – «моря» из виртуальных субатомных частиц, непрерывно образующихся и исчезающих во всех точках пространства. При наличии асимметрии в форме и при некоторых особенностях в структуре эти взаимодействия начинают «раскручивать» объектов или заставляют двигаться в определенную сторону.
Российские физики из «Сколтеха» и МФТИ обнаружили, что эффект Казимира можно использовать для того, чтобы управлять положением так называемых одномерных фотонных решеток. Они представляют собой набор из параллельных полосок из диэлектрических материалов с необычными оптическими свойствами, скорость распространения света в которых зависит от направления и поляризации излучения.
Система из двух скрученных одномерных фотонных решёток (а) вид сверху и (б) вид сбоку: каждая решётка представляет собой набор параллельных полос из анизотропного диэлектрика с осями анизотропии дополнительно развернутыми на углы +θ и −θ, что приводит к нарушению зеркальной симметрии и возникновению хиральности в плоскости. Источник: журнал Physical Review A.
Проведенные исследователями расчеты показали, что внутреннюю структуру полосок в этих решетках можно задать таким образом, что при сближении двух фотонных решеток одна из них повернется к другой под определенным углом и будет удерживаться в этом положении квантовыми флуктуациями вакуума. Это позволяет создавать самонастраивающиеся и самособирающиеся фотонные устройства, которые будут принимать нужную форму без воздействия внешних сил и внешнего управления.
Для решения этой задачи исследователи из «Сколтеха» в ближайшее время изучат свойства различных оптических материалов и определят то, насколько сильно на них воздействует крутящий момент Казимира. Их обнаружение и изучение откроет дорогу для создания сложных нанофотонных устройств, способных самостоятельно приобретать оптимальную для их работы форму и структуру, подытожили физики.