15:39 2024-03-22
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Revoluție în manipularea luminii: Dezvăluirea unor noi stări limitate de barieră finită
_ Revoluție în manipularea luminii: Dezvăluire noi stări limitate de barieră finită
Explorarea propagării și a localizării undelor în diverse medii a fost un obiectiv central în optică și acustică. Mai exact, în fotonică și fononică, oamenii de știință s-au dedicat înțelegerii și controlului comportamentului undelor luminoase și sonore în mediile periodice.
Prin proprietățile lor unice de bandgap, cristalele fotonice oferă o platformă excelentă pentru studiul propagării undelor și localizare. Aceste benzi interzise, cauzate de structura periodică a cristalului, pot controla propagarea undelor și chiar pot inhiba complet undele în anumite intervale de frecvență.
În mod tradițional, se credea că modurile de limită din cristalele fotonice sunt puternic influențate de dimensiunea a cristalului (numărul de locuri de rețea). În general, s-a presupus că aceste moduri sunt limitate mai ușor în sisteme mari (cu multe site-uri de zăbrele), deoarece probabilitatea tunelului scade semnificativ odată cu creșterea dimensiunii sistemului. Acest fenomen este critic în proiectarea și implementarea dispozitivelor fotonice de înaltă performanță, în special în urmărirea integrării și miniaturizării dispozitivelor.
În plus, în cercetarea cristalelor fotonice, stările legate în continuum (BIC) au atras atenția deoarece ele dezvăluie că anumite moduri unice pot fi limitate în anumite regiuni chiar și în spectrul continuu. Acest fenomen oferă o nouă perspectivă pentru înțelegerea și controlul localizării undelor luminoase. Prezintă un potențial mare în aplicații practice, cum ar fi îmbunătățirea performanței și eficienței dispozitivelor optice.
Noua cercetare publicată în Light: Science & Applications propune și confirmă existența stărilor limitate de barieră finită. Spectrul unui sistem constă de obicei din spectre continue și discrete (panoul din stânga din Fig. 1). Înțelepciunea convențională susține că spectrul de valori proprii al stărilor legate este discret, în timp ce stările nelegate formează un spectru continuu.
De exemplu, în sistemele electronice, dacă energia particulei este mai mică decât energia potențială la infinit, starea este legat cu un spectru discret; în timp ce particulele cu energie mai mare decât energia potențială se împrăștie, formând un spectru continuu.
Pentru undele luminoase și sonore, se formează stări discrete din cauza condițiilor limită impuse de o barieră, cum ar fi „bandgap”. Aceste stări discrete pot fi localizate în întregime în condiții ideale (lățimea barierei infinite, Fig. 1-II). Cu toate acestea, atunci când lățimea barierei este finită, există o probabilitate ca starea să treacă prin barieră și să devină o stare rezonantă (Fig. 1-III).
În special, stările legate în continuum (BICs) sunt legate spațial în domeniul energiei/frecvenței spectrului continuu (Fig. 1-I). Acest studiu introduce un concept contraintuitiv paralel cu BIC: anumite stări pot fi legate în întregime în materiale bandgap foarte subțiri, făcându-le incapabile să traverseze materialul bandgap (Fig. 1-IV și 1-V).
Studiul demonstrează mai întâi o structură specială de benzi de cristal fotonice simetrice în oglindă în care tranziția modurilor de limită poate fi controlată fin. Când lățimea cristalului fotonic (numărul de locuri de rețea de-a lungul direcției y, Ny) este mică, modurile de limită de pe ambele părți interacționează și se împart în moduri impar și par (Fig. 2 a–d).
La vectori de undă specifici (noduri), puterea de cuplare a modurilor de limită este zero. Chiar dacă lățimea (Ny) a cristalului fotonic este foarte mică, modul limită nu poate sări de pe o parte a cristalului fotonic pe cealaltă (Fig. 2 e–f). În general, se crede că multe locuri de rețea sunt necesare pentru a suprima cuplarea modurilor de limită. Totuși, acest studiu contestă această viziune și deschide o nouă metodă de manipulare a comportamentului fotonului la scară microscopică.
În urma configurației anterioare, cercetătorii îndepărtează o limită PEC a cristalului fotonic, dezvăluind o nouă configurație. Ei au descoperit că modurile de limită rămase la anumiți vectori de undă nodale sunt în întregime prinse, formând state limitate cu barieră finită în continuu (FBIC).
Aceste FBIC-uri prezintă proprietăți neradiante datorită decuplării celor două moduri de frontieră. La nodurile, unde puterea de cuplare a modurilor de frontieră este zero, există o stare cu un coeficient de radiație de zero atunci când o parte a PEC este eliminată, iar frecvența sa se potrivește cu frecvența nodale găsită în scenariul PEC dublu, identificându-l ca un FBIC.
În plus, prin modificarea dielectricului circular la eliptic pentru a rupe simetria inițială a oglinzii și introducerea unui nou parametru geometric η, studiul a definit un număr de înfășurare în spațiul parametrilor kx-η, dezvăluind caracteristicile topologice. a FBIC-urilor și confirmând aceste moduri ca BIC-uri (Fig. 3 a–b).
Având în vedere pierderea dielectrică inevitabilă la frecvențele de microunde, studiul a validat experimental FBIC-urile prin măsurarea atenuării modurilor de limită (Fig. 3 c). –d), care demonstrează localizarea completă a modurilor de limită în foarte puține site-uri de rețea (Ny=2, 3 etc.), oferind o abordare nouă pentru a obține BIC.
Acest studiu revoluționar explorează fenomene fizice noi în fotonic. cristale și realizează un control fin al modurilor limită. Această lucrare nu numai că oferă o nouă înțelegere a tunelului și delimitării modurilor de limită în cristalele fotonice teoretic, dar confirmă și localizarea completă a modurilor de limită la vectori de undă specifici prin experimente cu microunde, aducând o nouă perspectivă în domeniul fotonicii.
Cercetarea dezvăluie noi metode de manipulare a comportamentului fotonilor, ceea ce este semnificativ pentru dezvoltarea dispozitivelor fotonice foarte integrate. De asemenea, oferă noi strategii de utilizare a cristalelor fotonice pentru a îmbunătăți interacțiunile lumină-materie, ceea ce poate duce la descoperiri în optica neliniară și interacțiuni între lumină și materialele bidimensionale. Aceste descoperiri pot inspira cercetări viitoare, cum ar fi aplicarea acestor principii la alte sisteme de unde precum cristalele fononice.
Comentarii:
Adauga Comentariu