Ученые НИТУ «МИСиС» представили метаматериал для солнечных батарей и нанооптики

Коллектив ученых лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» под руководством доцента, к.т.н Алексея Башарина разработал метаматериал-диэлектрик, уникальные характеристики и простота изготовления которого позволят использовать его для создания новейших оптических устройств. Статья о разработке опубликована в журнале Laser&Photonics Reviews. Подробнее - в материале Planet Today.

Анаполь – неизлучающий рассеиватель, прозрачный для электромагнитного излучения. В 2017 году исследовательская группа лаборатории «Сверхпроводящие материалы» совместно с University of Crete (Ираклирон) установила, что анаполь – идеальный резонатор. При облучении извне, анаполь сохраняет всю полученную энергию внутри, а электромагнитные колебания затухают крайне медленно.

По сравнению с металлическими метаматериалами, диэлектрические более перспективны, так как они не нагреваются под действием электромагнитного излучения, что минимизирует рассеивание энергии. Кроме того, все материалы такого типа можно масштабировать в оптическом диапазоне и контролировать их резонанс.

Работа ученых демонстрирует новое перспективное направление в разработке метаматериалов. Ранее диэлектрические метаматериалы изготавливались путем фабрикации сложных диэлектрических (сферических или цилиндрических) наночастиц или же путем напыления различных нанослоев. В своей работе команда лаборатории «Сверхпроводящие материалы» показала, что метаматериалы можно изготавливать путем перфорирования отверстий в тонкой пленке кремния или другого диэлектрика. Один из самых легких путей – использование FIB пучка – фокусируемого ионного пучка, который позволяет создавать отверстия до 5 нм.

«В теоретической части исследования нам удалось показать, что в оптическом диапазоне частот можно будет возбудить особое анапольное состояние, которое перспективно для сильной локализации электромагнитных полей, а также сенсоров. Кроме того, мы установили, что такой метаматериал может быть прозрачен для электромагнитных волн, что в реальных экспериментах с кремнием должно показать очевидность нашей методики и существенно повысить прозрачность кремниевых пластин, например, для применения в солнечных батареях», – говорит руководитель проекта Алексей Башарин.

Разработанный метаматериал предлагается использовать в кремниевой нанооптике и солнечных батареях. Работа над экспериментальной частью исследования продолжается совместно с РАН и зарубежными партнерами.

«Результаты исследования коллектива лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС» под руководством доцента, к.т.н Алексея Башарина, опубликованы в научном журнале Laser&Photonics Reviews с импактфактором 8.5. В число авторов статьи вошли аспирант Анар Оспанова и студент магистратуры Иван Стенищев, принявшие активное участие в исследовании», – отмечает ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.

Рисунок 1 – Предложенный метаматериал. m – магнитный дипольный момент, j – петли электрического тока, T – тороидальный дипольный момент.