Решётка из прозрачных наностержней может быть прекрасным отражателем

Французские учёные экспериментально доказали, что разрежённые матрицы из наноразмерных прозрачных элементов способны блокировать прохождение излучения в узких полосах частот.

Наноструктуры, сильно взаимодействующие с излучением, находят применение в биофизике и фотонике. Чаще всего роль таких структур в экспериментах играют металлические частицы с типичными для них плазмонными резонансами и (нежелательным) поглощением света. Отдельным диэлектрическим наночастицам резонансные явления несвойственны, и для манипуляций со светом они подходят плохо.

Теоретики, однако, предсказывали, что многократное рассеяние в упорядоченных группах диэлектрических частиц должно приводить к появлению «геометрических» резонансов. Расчёты, проведённые для массивов цилиндров, которые по своим размерам уступают длине волны падающего излучения, говорили о возможности резкого роста отражения и поглощения на определённых участках спектра.

«Одномерный» и двумерный массивы наностержней из нитрида кремния (иллюстрация авторов работы).

Авторы решили проверить эти вычисления на опыте, изготовив монослой диэлектрических наностержней толщиной в 500 нм, выполненных из номинально прозрачного (в инфракрасной области спектра) нитрида кремния SiN_x. Стержни укладывались параллельно в 3 мкм друг от друга, а жёсткость конструкции придавали проложенные поперёк опорные планки. Поскольку соседние планки были разнесены сразу на 20 мкм, их влиянием на результаты эксперимента можно было пренебречь.

Измерения показали, что подобный «одномерный» массив стержней действительно становится практически непрозрачным в очень узких спектральных интервалах, положение которых зависит от угла падения излучения, с профилем, напоминающим о резонансе Фано. Приблизительно так же вела себя обычная двумерная решётка с квадратными ячейками, лучше приспособленная для практического использования.

Спектры, снятые при облучении «одномерного» массива под разными углами θ. Серым выделены расчётные кривые. (Иллюстрация авторов работы.)

Можно заметить, что многократное рассеяние, которое французы наблюдали на примере массивов наностержней, родственно прекрасно известному явлению брэгговской дифракции на кристаллической решётке. Разница состоит в том, что кристалл предлагает множество плоскостей решётки, тогда как все стержни находятся в одном слое.

Подготовлено по материалам arXiv.