Радужные гиперболоиды

Многослойные гиперболические волноводы, разделяющие – «разлагающие» – свет по его цветности. Иллюстрация Physorg

На волне Великой октябрьской социалистической революции в Москве инженером Шуховым была воздвигнута знаменитая башня-гиперболоид для радиостанции Коминтерна. По всей видимости, гипербола действительно обладает уникальными свойствами, о чем свидетельствует по крайней мере форма кеглей в боулинге и цирковых булав.

В прошлом году онлайновый журнал Scientific Reports поместил статью, пришедшую из университета г. Баффало (США). Заголовок гласил, что ученым удалось создать «гиперболический волновод из метаматериала». Под метаматериалом при этом понималось многослойное чередование металлических и диэлектрических – изоляционных – слоев, толщина которых не превышала 35 нанометров. Авторы сообщения писали, что многослойность повышала эффективность взаимодействия света с атомами материалов, приводя тем самым к повышенному поглощению световой энергии. Помимо этого волновод имел широкополосный спектр поглощения, создавая самую настоящую радугу цветов (подобно тому, что можно видеть при разложении света с помощью призмы). И вот – новое сообщение из Баффало в том же журнале.

На сей раз оно озаглавлено «Широкополосное поглощение гиперболическими метапленками». Этот материал представляет собой чередование пленочных слоев металла и диэлектрика указанной выше толщины. (Интересна сама этимология слова. У Аристотеля за его «Физикой» шло описание нефизических рассуждений, которые назвали «Метафизика»; «мета» соответствует нашему «за» – следовать за кем-то или чем-то, отсюда и название «метаматериал».)

В новой статье авторы описывают «восьмипарный» НММ волновод-ловушку для света как оптического диапазона (с длинами волн в несколько сот нанометров), так и инфракрасного с длиной волн, достигающей чуть ли не миллиметра. Столь широкое «уловление» способствует значительно большему взаимодействию световых квантов, фотонов, с атомами вещества и соответственно большей энергоотдачи. Сокращение НММ расшифровывается как искусственная «гиперболическая метапленочная среда-медиум». Это отражает форму нанодевайса, основание которого не превышает 1,14 микрона, а верхний «срез» составляет всего лишь 550 нанометров. НММ отражает также и суть экспериментально-производственного подхода к комбинации восьми пар металла и диэлектрика.

Новые гиперболические структуры хорошо, по мнению ученых, впишутся в структуру современных электронных чипов, обладая уникальными свойствами поглотителей тепла. Однако при подаче световой или электрической энергии они могут служить как тепловые излучатели-эмиттеры.

Исследователи прогнозируют, что их гибкие пленки с НММ найдут широкое применение в солнечных батареях, которыми можно будет оснащать поверхности самого разного профиля, а также в искусственных аналогах фотосинтеза, поскольку уловленные солнечные лучи будут преобразовываться непосредственно в энергию химических связей.

Говорится в статье и об интеграции в существующие чипы для осуществления оптической коммуникации между их элементами. Сегодня этому мешает явление crosstalk, при котором оптические сигналы, идущие по разным волноводам, взаимодействуют друг с другом, создавая помехи. НММ-волновод «разводят» разные волны по их цветам, что хорошо видно по радужной окраске их слоев.

Из этого краткого перечня будущего применения многослойных волноводов следуют действительно радужные перспективы комфортного глобального охлаждения вследствие резкого сокращения «теплоотдачи» промышленных предприятий. Но это все же отдаленное будущее. Впрочем, лет 10 назад вряд ли кто мог предположить столь стремительный прогресс в овладении энергией света.