Поверхностная волна Дьяконова
Поверхностные волны Дьяконова ( ПВВ ) — это поверхностные электромагнитные волны , которые распространяются вдоль границы между изотропной и одноосно- двулучепреломляющей средой. Теоретически они были предсказаны в 1988 году российским физиком Михаилом Дьяконовым . [1] В отличие от других типов акустических и электромагнитных поверхностных волн существование ДСВ обусловлено различием симметрии материалов , образующих границу раздела. Он рассмотрел границу между изотропной передающей средой и анизотропным одноосным кристаллом и показал, что при определенных условиях должны существовать волны, локализованные на границе раздела. Позже было предсказано существование подобных волн на границе раздела двух одинаковых одноосных кристаллов с разной ориентацией . [2] Известные ранее электромагнитные поверхностные волны — поверхностные плазмоны и поверхностные плазмон-поляритоны — существуют при условии, что диэлектрическая проницаемость одного из материалов, образующих границу раздела, отрицательна, а другого — положительна (например, так обстоит дело с воздухом). металлический интерфейс ниже плазменной частоты ). Напротив, DSW может распространяться, когда оба материала прозрачны; следовательно, они практически не имеют потерь, что является их самым интересным свойством.
В последние годы значение и потенциал DSW привлекли внимание многих исследователей: изменение конститутивных свойств одного или обоих из двух партнерских материалов – из-за, скажем, проникновения любого химического или биологического агента – может в значительной степени изменить характеристики волны. Следовательно, предусматриваются многочисленные потенциальные применения, включая устройства для интегральной оптики, химического и биологического поверхностного зондирования и т. д. [3] Однако удовлетворить необходимые условия для DSW непросто, и поэтому первое экспериментальное наблюдение DSW, подтверждающее принцип работы [4] было сообщено всего через 20 лет после первоначального предсказания.
Появилось большое количество теоретических работ, посвященных различным аспектам этого явления, см. подробный обзор. [5] В частности, распространение ДСВ на магнитных границах раздела, [6] в левых материалах, [7] в электрооптике, [8] [9] и хиральный [10] материалы были изучены. Предсказано резонансное пропускание ДСВ в конструкциях с использованием призм. [11] а также сочетание и взаимодействие DSW с поверхностными плазмонами (плазмонами Дьяконова) [12] [13] [14] изучалось и наблюдалось. [15] [16]
Физические свойства
[ редактировать ]Простейшая конфигурация, рассмотренная в [11]. 1 состоит из границы раздела между изотропным материалом с диэлектрической проницаемостью ε и одноосным кристаллом с диэлектрическими проницаемостями ε 0 и ε e для обыкновенной и необыкновенной волн соответственно. Ось кристалла C параллельна границе раздела. Для этой конфигурации ДСВ может распространяться вдоль границы раздела в определенных угловых интервалах относительно оси C условия ε e > ε > ε 0 при условии выполнения . Таким образом, DSW поддерживаются границами раздела только с кристаллами положительного двулучепреломления ( ε e > ε 0 ). Угловой интервал определяется параметром
- .
Угловые интервалы фазовой и групповой скоростей ДСВ ( Δθ ph и Δθ gr ) различны. Интервал фазовых скоростей пропорционален η 2 и даже для наиболее сильно двулучепреломляющих природных кристаллов очень узкие Δθ ph ≈ 1° ( рутил ) и Δθ ph ≈ 4° ( каломель ). [17] Однако физически более важный интервал групповых скоростей существенно больше (пропорционален η ). Расчеты дают Δθ гр ≈ 7° для рутила и Δθ гр ≈ 20° для каломели.
Перспективы
[ редактировать ]Широкое экспериментальное исследование материальных систем DSW и эволюция соответствующих практических устройств были в значительной степени ограничены строгими условиями анизотропии , необходимыми для успешного распространения DSW, в частности, высокой степенью двойного лучепреломления по крайней мере одного из составляющих материалов и ограниченным числом доступных в природе материалов. материалы, отвечающие этому требованию. Однако ситуация скоро изменится в свете появления новых искусственно созданных метаматериалов. [18] и революционные методы синтеза материалов.
Чрезвычайная чувствительность DSW к анизотропии и, следовательно, к нагрузкам, а также их характер с низкими потерями (дальним радиусом действия) делают их особенно привлекательными для обеспечения высокочувствительного тактильного и ультразвукового зондирования для технологий высокоскоростной передачи и считывания следующего поколения. . Более того, уникальная направленность DSW может использоваться для управления оптическими сигналами. [19]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дьяконов М.И. (апрель 1988 г.). «Новый тип электромагнитной волны, распространяющейся на границе раздела» (PDF) . Советский физический ЖЭТФ . 67 (4): 714. Бибкод : 1988JETP...67..714D . Архивировано из оригинала (бесплатная загрузка в формате PDF) 13 июля 2018 г. Проверено 30 июля 2013 г.
- ^ Аверкиев Н.С., Дьяконов М.И. (1990). «Электромагнитные волны, локализованные на границе раздела прозрачных анизотропных сред». Оптика и спектроскопия (СССР) . 68 (5): 653. Бибкод : 1990OptSp..68..653A .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^
Торнер Л., Артигас Д. и Такаяма О. (2009). «Поверхностные волны Дьяконова». Новости оптики и фотоники . 20 (12): 25. Бибкод : 2009OptPN..20...25T . дои : 10.1364/ОПН.20.12.000025 . S2CID 120465632 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Такаяма О., Крассован Л., Артигас Д. и Торнер Л. (2009). «Наблюдение поверхностных волн Дьяконова» (скачать бесплатно в формате PDF) . Физ. Преподобный Летт . 102 (4): 043903. Бибкод : 2009PhRvL.102d3903T . doi : 10.1103/PhysRevLett.102.043903 . ПМИД 19257419 . S2CID 14540394 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Такаяма О., Крассован Л.К., Михалаче Д. и Торнер Л. (2008). «Поверхностные волны Дьяконова: обзор». Электромагнетизм . 28 (3): 126–145. дои : 10.1080/02726340801921403 . S2CID 121726611 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Крассован Л.Л., Артигас Д., Михалаче Д. и Торнер Л. (2005). «Оптические поверхностные волны Дьяконова на магнитных границах раздела». Опция Летт . 30 (22): 3075–7. Бибкод : 2005OptL...30.3075C . дои : 10.1364/OL.30.003075 . ПМИД 16315726 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Крассован Л.К., Такаяма Д., Артигас Д., Йохансен С.К., Михалаче Д. и Торнер Л. (2006). «Усиленная локализация дьяконовских поверхностных волн в левых материалах». Физ. Преподобный Б. 74 (15): 155120. arXiv : физика/0603181 . Бибкод : 2006PhRvB..74o5120C . дои : 10.1103/PhysRevB.74.155120 . S2CID 119439238 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Нелатури С.Р., Поло-младший Дж.А. и Лахтакия А. (2008). «Электрический контроль распространения поверхностных волн на плоской границе раздела линейного электрооптического материала и изотропного диэлектрического материала». Электромагнетизм . 28 (3): 162–174. arXiv : 0711.1663 . CiteSeerX 10.1.1.251.6060 . дои : 10.1080/02726340801921486 . S2CID 10301459 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Нелатури С.Р., Поло-младший Дж.А. и Лахтакия А. (2008). «О расширении угловой области существования поверхностных волн Дьяконова с помощью эффекта Поккельса». Письма о микроволновых и оптических технологиях . 50 (9): 2360–2362. arXiv : 0804.4879 . Бибкод : 2008arXiv0804.4879N . дои : 10.1002/mop.23698 . S2CID 6024041 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Гао, Цзюнь; Лахтакия, Ахлеш; Лей, Минкай (2009). «О волнах Дьяконова-Тамма, локализованных на центральном дефекте кручения в структурно-хиральном материале». Журнал Оптического общества Америки Б. 26 (12): Б74–Б82. Бибкод : 2009JOSAB..26B..74G . дои : 10.1364/JOSAB.26.000B74 .
- ^ Такаяма О., Никитин А. Ю., Мартин-Морено Л., Михалаче Д., Торнер Л. и Артигас А. (2011). «Резонансная передача поверхностных волн Дьяконова» (PDF) . Оптика Экспресс . 19 (7): 6339–47. Бибкод : 2011OExpr..19.6339T . дои : 10.1364/OE.19.006339 . hdl : 10261/47330 . ПМИД 21451661 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Го Ю. Ньюман В., Кортес К.Л. и Джейкоб З. (2012). « Обзорная статья: Применение гиперболических метаматериальных подложек» . Достижения оптоэлектроники . 2012 : 1–9. arXiv : 1211.0980 . дои : 10.1155/2012/452502 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Джейкоб З. и Нариманов Э.Э. (2008). «Оптическое гиперпространство для плазмонов: утверждения Дьяконова в метаматериалах». Прил. Физ. Летт . 93 (22): 221109. Бибкод : 2008ApPhL..93v1109J . дои : 10.1063/1.3037208 . S2CID 39395734 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Такаяма О., Артигас Д. и Торнер Л. (2012). «Связывание плазмонов и диакононов». Оптические письма . 37 (11): 1983–5. Бибкод : 2012OptL...37.1983T . дои : 10.1364/OL.37.001983 . ПМИД 22660095 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Такаяма О., Шкондин Э., Богданов А., Панах М.Е., Голеницкий К., Дмитриев П., Репан Т., Малуреану Р., Белов П., Йенсен Ф., и Лавриненко А. (2017). «Средние инфракрасные поверхностные волны на нанотраншейной платформе с высоким удлинением» (PDF) . АСУ Фотоника . 4 (11): 2899–2907. doi : 10.1021/acsphotonics.7b00924 . S2CID 126006666 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Такаяма О., Дмитриев П., Шкондин Е., Ермаков О., Панах М., Голеницкий К., Дженсен Ф., Богданов А. и Лавриненко А. (2018). «Экспериментальное наблюдение плазмонов Дьяконова в среднем инфракрасном диапазоне» (PDF) . Полупроводники . 52 (4): 442–6. Бибкод : 2018Semic..52..442T . дои : 10.1134/S1063782618040279 . S2CID 255238679 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Такаяма, О.; Красован, Л.К., Йохансен, СК; Михалаче Д., Артигас Д.; Торнер, Л. (2008). «Поверхностные волны Дьяконова: обзор». Электромагнетизм . 28 (3): 126–145. дои : 10.1080/02726340801921403 . S2CID 121726611 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Такаяма, О.; Богданов А.А., Лавриненко А.В. (2017). «Фотонные поверхностные волны на границах раздела метаматериалов». Физический журнал: конденсированное вещество . 29 (46): 463001. Бибкод : 2017JPCM...29T3001T . дои : 10.1088/1361-648X/aa8bdd . ПМИД 29053474 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Такаяма, О.; Артигас Д., Торнер Л. (2014). «Направленное проведение света без потерь в диэлектрических нанолистах с использованием поверхностных волн Дьяконова». Природные нанотехнологии . 9 (6): 419–424. Бибкод : 2014НатНа...9..419Т . дои : 10.1038/nnano.2014.90 . ПМИД 24859812 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Лю, Сюань-Хао; Чанг, Хун-Чун (2013). «Вытекающие поверхностные плазмон-поляритонные моды на границе раздела металла и одноосно-анизотропных материалов» . Журнал IEEE Photonics . 5 (6): 4800806. Бибкод : 2013IPhoJ...500806L . дои : 10.1109/JPHOT.2013.2288298 .