Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с поверхностных волн Дьяконова )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Поверхностные волны Дьяконова ( DSW ) - это поверхностные электромагнитные волны, которые распространяются по границе раздела между изотропной и одноосной двулучепреломляющей средой. Теоретически они были предсказаны в 1988 году российским советским физиком Михаилом Дьяконовым . [1] В отличие от других типов акустических и электромагнитных поверхностных волн, существование DSW связано с различием в симметрии материалов, образующих поверхность раздела. Он рассмотрел границу раздела между изотропной передающей средой и анизотропным одноосным кристаллом., и показал, что при определенных условиях должны существовать волны, локализованные на границе раздела. Позже было предсказано, что аналогичные волны существуют на границе двух идентичных одноосных кристаллов с разной ориентацией . [2] Ранее известные электромагнитные поверхностные волны, поверхностные плазмоны и поверхностные плазмонные поляритоны существуют при условии, что диэлектрическая проницаемость одного из материалов, образующих границу раздела, отрицательна, а другого - положительна (например, это имеет место для граница раздела воздух / металл ниже плазменной частоты). Напротив, DSW может распространяться, когда оба материала прозрачны; следовательно, они практически не имеют потерь, что является их самым увлекательным свойством.

В последние годы значение и потенциал DSW привлекли внимание многих исследователей: изменение основных свойств одного или обоих из двух материалов-партнеров - например, из-за инфильтрации каким-либо химическим или биологическим агентом - может быть ощутимым. изменить характеристики волны. Следовательно, предусмотрены многочисленные потенциальные применения, в том числе устройства для интегрированной оптики, химического и биологического зондирования поверхности и т. Д. [3] Однако нелегко удовлетворить необходимые условия для DSW, и из-за этого первое доказательство пригодности О принципиальном экспериментальном наблюдении DSW [4] было сообщено только через 20 лет после первоначального предсказания.

Появилось большое количество теоретических работ, посвященных различным аспектам этого явления, см. Подробный обзор. [5] В частности, изучалось распространение DSW на магнитных границах раздела [6] в левых материалах, [7] в электрооптических, [8] [9] и хиральных [10] материалах. Было предсказано резонансное пропускание из-за DSW в структурах с использованием призм [11], а также изучена и наблюдалась комбинация и взаимодействие между DSW и поверхностными плазмонами (плазмонами Дьяконова) [12] [13] [14] . [15] [16]

Физические свойства [ править ]

Простейшая конфигурация, рассмотренная в [5]. 1 состоит из границы раздела между изотропным материалом с диэлектрической проницаемостью ε и одноосным кристаллом с диэлектрической проницаемостью ε 0 и ε e для обыкновенной и необыкновенной волн соответственно. Ось кристалла C параллельна границе раздела. Для этой конфигурации DSW может распространяться вдоль границы раздела в определенных угловых интервалах относительно оси C , при условии, что выполняется условие ε e > ε > ε 0 . Таким образом, DSW поддерживаются только интерфейсами с положительными кристаллами двойного лучепреломления (ε e > ε 0 ). Угловой интервал определяется параметром

.

Угловые интервалы для фазы DSW и групповой скорости ( Δθ ph и Δθ gr ) различны. Интервал фазовых скоростей пропорционален η 2, и даже для наиболее сильно двулучепреломляющих природных кристаллов очень узкий Δθ ph ≈ 1 ° ( рутил ) и Δθ ph ≈ 4 ° ( каломель ). [17] Однако физически более важный интервал групповой скорости значительно больше (пропорционален η ). Расчеты дают Δθ gr ≈ 7 ° для рутила и Δθ gr ≈ 20 ° для каломели.

Перспективы [ править ]

Широко распространенное экспериментальное исследование материальных систем DSW и развитие связанных с ними практических устройств в значительной степени ограничено строгими условиями анизотропии, необходимыми для успешного распространения DSW, в частности высокой степенью двойного лучепреломления по крайней мере одного из составляющих материалов и ограниченным количеством естественно доступных материалы, соответствующие этому требованию. Однако это скоро изменится в свете новых искусственно созданных метаматериалов [18] и революционных методов синтеза материалов.

Чрезвычайная чувствительность DSW к анизотропии и, следовательно, к стрессу, наряду с их характеристиками с малыми потерями (дальность действия), делают их особенно привлекательными для обеспечения высокочувствительного тактильного и ультразвукового зондирования для технологий высокоскоростного преобразования и считывания следующего поколения. . Более того, уникальная направленность DSW может использоваться для управления оптическими сигналами. [19]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Дьяконов, М.И. (апрель 1988 г.). «Новый тип электромагнитной волны, распространяющейся на границе раздела» (скачать бесплатно в формате PDF) . Советская физика в ЖЭТФ . 67 (4): 714.
  2. ↑ Аверкиев, Н.С., Дьяконов, М.И. (1990). «Электромагнитные волны, локализованные на границе раздела прозрачных анизотропных сред». Оптика и спектроскопия (СССР) . 68 (5): 653. Bibcode : 1990OptSp..68..653A .
  3. ^ Торнер, Л., Артигаса, Д. и Такаяма, О. (2009). «Поверхностные волны Дьяконова». Новости оптики и фотоники . 20 (12): 25. Bibcode : 2009OptPN..20 ... 25T . DOI : 10.1364 / OPN.20.12.000025 . S2CID 120465632 . 
  4. ^ Такаяма, О., Крассован, Л., Артигас Д., и Торнер, Л. (2009). «Наблюдение поверхностных волн Дьяконова» (скачать бесплатно в формате PDF) . Phys. Rev. Lett . 102 (4): 043903. Bibcode : 2009PhRvL.102d3903T . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.102.043903 . PMID 19257419 .  
  5. ^ Такаяма, О., Crassovan, ЛК, Mihalache, Д. и Торнер, Л. (2008). «Поверхностные волны Дьяконова: обзор». Электромагнетизм . 28 (3): 126–145. DOI : 10.1080 / 02726340801921403 .
  6. ^ Crassovan, ЛК, Артигас, Д., Mihalache, Д. и Торнер, Л. (2005). «Оптические поверхностные волны Дьяконова на магнитных границах раздела». Опт. Lett . 30 (22): 3075–7. Bibcode : 2005OptL ... 30.3075C . DOI : 10.1364 / OL.30.003075 . PMID 16315726 . 
  7. ^ Крассован, Л.С., Такаяма, Д., Артигас, Д., Йохансен, С.К., Михалаче, Д., и Торнер, Л. (2006). «Повышенная локализация дьяконовских поверхностных волн в левовращающих материалах». Phys. Rev. B . 74 (15): 155120. arXiv : Physics / 0603181 . Bibcode : 2006PhRvB..74o5120C . DOI : 10.1103 / PhysRevB.74.155120 .
  8. ^ Nelatury, С.Р., Polo мл., JA, и Лахтакиа, A. (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 . DOI : 10.1080 / 02726340801921486 . 
  9. ^ Nelatury, С.Р., Polo мл., JA, и Лахтакиа, A. (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 . Bibcode : 2008arXiv0804.4879N . DOI : 10.1002 / mop.23698 .
  10. ^ Гао, Цзюнь; Лахтакия, Ахлеш; Лей, Минкай (2009). «О волнах Дьяконова-Тамма, локализованных в центральном дефекте закрутки в структурно киральном материале». Журнал Оптического общества Америки B . 26 (12): B74 – B82. Bibcode : 2009JOSAB..26B..74G . DOI : 10.1364 / JOSAB.26.000B74 .
  11. ^ Такаяма, О., Никитин, А. Ю., Мартин-Морено, Л., Михалаче, Д., Торнер, Л., и Артигас, А. (2011). "Резонансное прохождение поверхностных волн Дьяконова" (PDF) . Оптика Экспресс . 19 (7): 6339–47. Bibcode : 2011OExpr..19.6339T . DOI : 10,1364 / OE.19.006339 . ЛВП : 10261/47330 . PMID 21451661 .  
  12. Перейти ↑ Guo, Yu. Newman, W., Cortes, CL, Jacob, Z. (2012). " Обзорная статья: применение гиперболических подложек из метаматериалов". Достижения в оптоэлектронике . 2012 : 1–9. arXiv : 1211.0980 . DOI : 10.1155 / 2012/452502 .
  13. Перейти ↑ Jacob, Z., Narimanov, EE (2008). «Оптическое гиперпространство для плазмонов: состояния Дьяконова в метаматериалах». Прил. Phys. Lett . 93 (22): 221109. Bibcode : 2008ApPhL..93v1109J . DOI : 10.1063 / 1.3037208 .
  14. ^ Такаяма, О., Артигас, Д., и Торнер, Л. (2012). «Связь плазмонов и диакононов». Письма об оптике . 37 (11): 1983–5. Bibcode : 2012OptL ... 37.1983T . DOI : 10.1364 / OL.37.001983 . PMID 22660095 . 
  15. ^ Такаяма, О., Шкондин, Э., Богданов А., Панах, М. Е., Голеницкий, К., Дмитриев, П., Репан, Т., Малуряну, Р., Белов, П., Йенсен, Ф., и Лавриненко, А. (2017). «Поверхностные волны в среднем инфракрасном диапазоне на платформе с высоким коэффициентом сжатия» (PDF) . ACS Photonics . 4 (11): 2899–2907. DOI : 10.1021 / acsphotonics.7b00924 .
  16. ^ Такаяма, О., Дмитриев, П., Шкондин, Э., Ермаков, О., Панах, М., Голеницкий, К., Йенсен, Ф., Богданов А., Лавриненко, А. (2018). «Экспериментальное наблюдение плазмонов Дьяконова в средней инфракрасной области». Полупроводники . 52 (4): 442–6. Bibcode : 2018Semic..52..442T . DOI : 10.1134 / S1063782618040279 .
  17. ^ Такаяма, O .; Красован, ЛК, Йохансен, СК; Mihalache, D, Artigas, D .; Торнер, Л. (2008). «Поверхностные волны Дьяконова: обзор». Электромагнетизм . 28 (3): 126–145. DOI : 10.1080 / 02726340801921403 .
  18. ^ Такаяма, O .; Богданов А.А., Лавриненко А.В. (2017). «Фотонные поверхностные волны на границах раздела метаматериалов». Журнал физики: конденсированное вещество . 29 (46): 463001. Bibcode : 2017JPCM ... 29T3001T . DOI : 10,1088 / 1361-648X / aa8bdd . PMID 29053474 . 
  19. ^ Такаяма, O .; Артигас, Д., Торнер, Л. (2014). «Направленное направление света без потерь в диэлектрических нанолистах с использованием поверхностных волн Дьяконова». Природа Нанотехнологии . 9 (6): 419–424. Bibcode : 2014NatNa ... 9..419T . DOI : 10.1038 / nnano.2014.90 . PMID 24859812 . 
  20. ^ Лю, Сюань-Хао; Чанг, Хун-Чун (2013). "Плазмонные поляритонные моды с утечкой поверхности на границе раздела между металлом и одноосно анизотропными материалами" . Журнал IEEE Photonics . 5 (6): 4800806. Bibcode : 2013IPhoJ ... 500806L . DOI : 10,1109 / JPHOT.2013.2288298 .