Совместное исследование учёных Института физики ЕГУ и партнеров из Национального университета Сингапура было опубликовано в международном научном журнале «Advanced Optical Materials». Авторы исследования изучили оптические свойства природного минерала мусковита и открыли возможности его применения для создания сверхтонких нанофотонных устройств.
Учёные выяснили, что у мусковита низкий показатель преломления и небольшие оптические потери в спектральном диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного. Эти свойства важны для создания ван-дер-ваальсовых сверхтонких фотонных устройств.
Итоги исследования представлены в статье «Dielectric Permittivity Tensor of Muscovite for Next Generation All Van Der Waals Broadband Photonic Components», соавторами которой являются сотрудники Института физики ЕГУ Мери Айрапетян, Максим Саргсян, Давид Караханян, Ани Хачатрян, Мария Левонян, Арцруни Маргарян и Давид Казарян.
Исследовательская группа определила оптические константы мусковита в диапазоне длины волн от 250 до 1700 нм. С помощью спектроскопической микроэллипсометрии учёные описали анизотропное диэлектрическое эхо мусковита и выявили, что в рассмотренном спектральном диапазоне у материала низкий показатель преломления и едва заметное поглощение.
Исследователи также продемонстрировали, что у мусковита слабая плоскостная анизотропия, которую можно игнорировать в случае тонких полос, толщина которых меньше 250 нм. Эти результаты показывают возможности использования мусковита как оптической полосы с низким показателем преломления в фотонных компонентах на основе ван-дер-ваальсовых материалов.
Оптические свойства и сравнение показателей преломления мусковита и MoS2
В ходе следующего этапа исследования учёные сопоставили мусковит с ван-дер-ваальсовым дисульфидом молибдена (MoS2), к которого высокий показатель преломления, для проектирования нанофотонных компонентов. Резкое противопоставление показателей преломления материалов позволяет эффективно управлять светом с помощью оптической интерференции.
На основе данного сочетания исследователи спроектировали полностью ван-дер-ваальсовы брэгговские отражатели (DBR) и коротковолновые дихроичные лучевые светоделители (DSB), которые работают в ближней инфракрасной (NIR) области спектра.
Общая толщина DBR, состоящего из пяти полос, — 650 нм, а его среднее преломление в диапазоне длины волн с длиной более 1100 нм превышает 95%. Толщина коротковолнового DSB — 690 нм. Он обеспечивает 98% проницаемости в среднем в спектральном диапазоне от 990 до 1040 нм, параллельно сохраняя высокое преломление в диапазоне длины волн от 1240 до 1700 нм.
Полученные результаты показывают возможности соединения мусковита и ван-дер-ваальсовых материалов с высоким показателем преломления для создания тонких, эффективных оптических компонентов.
Структура и оптические характеристики полностью ван-дер-ваальсовых нанофотонных компонентов, состоящих из мусковита и MoS2
Затем исследователи представили схематические изображения слоистых структур, профили показателей преломления и измеренное и смоделированное оптическое эхо компонентов.
Итоги исследования показали потенциал мусковита как материала с низкими оптическими потерями для создания полностью ван-дер-ваальсовых нанофотонных компонентов следующего поколения. Совместная работа учёных ЕГУ и иностранных партнеров способствует исследованию новых вещественных решений для проектирования сверхтонких оптических устройств.
