Светопоглощающая способность гиперкристаллов

  • Чаочжи Сюй Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Андрей Викторович Новицкий Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Использована теория электромагнитных волн в немагнитных многослойных гиперкристаллах, определены их спектральные свойства и записаны дисперсионные соотношения для обыкновенной и необыкновенной волн. Показано, что отражение волн от гиперкристалла подавляется, в то время как поглощение волн в гиперкристалле возрастает, если его волновой импеданс согласован с импедансом окружающей среды. При изучении поглощательных свойств гиперкристаллов обращается внимание на зависимость поглощения от толщин входящих в гиперкристалл слоев. Получено, что пик спектра поглощения растет с увеличением толщины разделительного диэлектрического слоя и смещается в область длинных волн. Установлено, что зависимость поглощения от доли металла в структуре задается дисперсионными свойствами гиперкристаллов (более низкое поглощение отмечено для больших долей металла). Величины пика поглощения и ширины зоны поглощения могут меняться в зависимости от числа слоев, достигая требуемых значений. Результаты настоящего исследования найдут применение в нанофотонике и физике солнечных элементов для широкополосного увеличения поглощения электромагнитного излучения.

Биографии авторов

Чаочжи Сюй , Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

магистрант кафедры физической оптики и прикладной информатики физического факультета. Научный руководитель – А. В. Новицкий

 

Андрей Викторович Новицкий, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, доцент; профессор кафедры физической оптики и прикладной информатики физического факультета

 

Литература

  1. Narimanov EE. Photonic Hypercrystals. Physical Review X. 2014;4(4):041014. DOI: 10.1103/PhysRevX.4.041014.
  2. Nakayama K, Tanabe K, Atwater HA. Plasmonic nanoparticle enhanced light absorption in GaAs solar cell. Applied Physics Letters. 2008;93(12):121904. DOI: 10.1063/1.2988288.
  3. Riley CT, Smalley JST, Brodie JRJ, Fainman Y, Sirbuly Donald J, Liu Z. Near-perfect broadband absorption from hyperbolic metamaterial nanoparticles. PNAS. 2017;114(6):1264–1268. DOI: 10.1073/pnas.1613081114.
  4. Hu S, Song J, Guo Z, Jiang H, Deng F, Dong L, et al. Omnidirectional nonreciprocal absorber realized by the magneto-optical hypercrystal. Optics Express. 2022;30(7):12104–12119. DOI: 10.1364/OE.455479.
  5. Jacob Z, Alekseyev LV, Narimanov E. Optical hyperlens: far-field imaging beyond the diffraction limit. Optics Express. 2006;14(18):8247–8256. DOI: 10.1364/OE.14.008247.
  6. Smith DR, Schurig D. Electromagnetic wave propagation in media with indefinite permittivity and permeability tensors. Physical Review Letters. 2003;90(7):077405. DOI: 10.1103/PhysRevLett.90.077405.
  7. Hoffman AJ, Alekseyev L, Howard SS, Franz KJ, Wasserman D, Podolskiy VA, et al. Negative refraction in semiconductor metamaterials. Nature Materials. 2007;6(12):946–950. DOI: 10.1038/nmat2033.
  8. Shalabney A, Abdulhalim I. Electromagnetic fields distribution in multilayer thin film structures and the origin of sensitivity enhancement in surface plasmon resonance sensors. Sensors and Actuators: A­physical. 2010;159(1):24–32. DOI: 10.1016/j.sna.2010.02.005.
  9. Barkovsky LM, Furs AN. Operator methods to describe optical fields in complex media. Minsk: Belaruskaya navuka; 2003. 285 p. Russian.
  10. Barkovskiĭ LM, Borzdov GN, Lavrinenko AV. Fresnel’s reflection and transmission operators for stratified gyroanisotropic media. Journal of Physics A: Mathematical and General. 1987;20(5):1095–1106. DOI: 10.1088/0305-4470/20/5/021.
  11. Borzdov GN. Frequency domain wave-splitting techniques for plane stratified bianisotropic media. Journal of Mathematical Physics. 1997;38(12):6328–6366. DOI: 10.1063/1.532216.
  12. Gholipur R, Khorshidi Z, Bahari A. Enhanced absorption performance of carbon nanostructure based metamaterials and tuning impedance matching behavior by an external AC electric field. ACS Applied Materials and Interfaces. 2017;9(14):12528–12539. DOI: 10.1021/acsami.7b02270.
  13. Lai R, Chen H, Zhou Z, Yi Z, Tang B, Chen J, et al. Design of a penta-band graphene-based terahertz metamaterial absorber with fine sensing performance. Micromachines. 2023;14(9):1802. DOI: 10.3390/mi14091802.
  14. Smith DR, Vier DC, Koschny T, Soukoulis CM. Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials. Physical Review E. 2005;71(3):036617. DOI: 10.1103/PHYSREVE.71.036617.
Опубликован
2024-06-04
Ключевые слова: электромагнитная волна, гиперболический метаматериал, гиперкристалл, поглощение, импеданс
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь (задание 2.2.3 государственной программы научных исследований «Фотоника и электроника для инноваций» на 2021–2025 гг., № гос. регистрации 20211793).
Как цитировать
Сюй , Ч., & Новицкий, А. В. (2024). Светопоглощающая способность гиперкристаллов. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 4-10. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/6227
Выпуск
№ 2 (2024): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Оптика и спектроскопия

Copyright (c) 2024 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).