Разработан нанофотонный чип с эффектом отрицательного преломления света

Исследователи из Университета Гонконга продемонстрировали эффект отрицательного преломления света в магнитном полупроводнике CrSBr (бромид-сульфид хрома). Явление реализовано благодаря экситонам — квазичастицам, представляющим собой связанное состояние электрона и дырки в полупроводниковых структурах. Данное открытие позволило спроектировать интегрированный нанофотонный чип, функционирующий как гиперлинза, способная различать детали сверхмалых размеров.

Традиционно отрицательное преломление, при котором световой луч отклоняется зеркально относительно нормали, достигается лишь в сложных искусственных метаматериалах со специфической периодической структурой. В данном же случае эффект обеспечивается фундаментальными свойствами самого CrSBr, что существенно упрощает технологический процесс изготовления подобных оптических систем.

В кристаллической структуре CrSBr внутренние магнитные моменты строго ориентированы, что напрямую определяет динамику экситонов. При воздействии света на тончайшую пластину материала экситоны индуцируют вторичное излучение в направлении, противоположном падающему потоку, что и служит прямым доказательством отрицательной рефракции.

Разработанная гиперлинза представляет собой слой CrSBr, интегрированный в фотонную схему. Световые волны, попадая в пластину, направляются экситонами по криволинейным траекториям и фокусируются в пятно, соизмеримое с длиной волны. Это позволило создать сверхмощную линзу на базе природного кристаллического соединения, а не искусственных структур.

Данная технология открывает путь к производству адаптивной оптики. Магнитное состояние CrSBr поддается регулировке посредством внешнего поля или температурного воздействия, что позволяет мгновенно переключать режим работы устройства между обычным и отрицательным преломлением.

В перспективе этот материал может стать основой для микроскопов нового поколения, систем прецизионной литографии и высокопроизводительных оптических компьютеров. Сейчас коллектив авторов работает над совмещением CrSBr с иными оптоэлектронными элементами для создания функциональных прототипов, таких как управляемые магнитным полем суперлинзы и переключатели. Кроме того, ведутся исследования многослойных структур с малым углом скручивания, где муаровые сверхрешетки могут радикально изменять поведение квазичастиц.

Источник: iXBT