Ученые-физики разработали нанофотонное устройство.
Исследователи из Гонконгского университета достигли прорыва, продемонстрировав отрицательное преломление света в магнитном полупроводнике CrSBr (бромсульфиде хрома). Этот эффект был достигнут благодаря экситонам – квазичастицам, представляющим собой связанные состояния электронов и дырок в полупроводниках. Результаты этого исследования легли в основу создания интегрального нанофотонного чипа, функционирующего как гиперлинза, способная фокусировать детали сверхмалых размеров.
Отрицательное преломление, характеризующееся отклонением света в направлении, противоположном нормали, ранее обычно требовало применения сложных метаматериалов с искусственно созданными периодическими структурами. Однако, в данном случае, этот феномен обусловлен внутренними свойствами самого CrSBr, что существенно упрощает процесс производства.
В структуре CrSBr внутренние магнитные моменты расположены упорядоченно, что оказывает влияние на поведение экситонов. При направлении светового луча на тонкую пластину CrSBr, учёные наблюдали, как экситоны переизлучают свет в направлении, противоположном падающему лучу, что является характерным признаком отрицательного преломления.
Сконструированная гиперлинза состоит из пластины CrSBr, интегрированной в фотонный чип. Проходя через пластину, свет под воздействием экситонов отклоняется по криволинейным траекториям, фокусируясь в точку, сопоставимую по размеру с длиной волны света. Этот подход позволяет реализовать гиперлинзу на основе природного материала.
Разработанная технология открывает перспективы для создания перестраиваемых оптических компонентов. Магнитная структура CrSBr может быть модифицирована с помощью воздействия внешнего магнитного поля или изменения температуры, что позволяет переключать работу устройства между режимами нормального и отрицательного преломления.
В будущем этот материал может найти применение в создании высокоэффективных микроскопов, передовых методов литографии и в области оптических вычислений. В настоящее время исследователи работают над интеграцией CrSBr с другими фотонными и оптоэлектронными компонентами для разработки функциональных прототипов, таких как настраиваемая суперлинза или оптический переключатель, управляемый магнитным полем. Также ведется изучение многослойных структур CrSBr со слабыми углами скручивания, где возникающие муаровые суперрешетки способны существенно влиять на свойства экситонов.