Поверхностные волны Дьяконова

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «DSW»)
Перейти к навигации Перейти к поиску

Поверхностные волны Дьяконова (DSW — Dyakonov surface wave) — это поверхностные электромагнитные волны, которые распространяются по границе раздела между изотропной и одноосной 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 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 одинаковых одноосных кристаллов с разной ориентацией . [2] Ранее известные 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, это имеет место для воздуха / металлический интерфейс ниже плазменной частоты ). Напротив, DSW может распространяться, когда оба материала прозрачны; следовательно, они практически не имеют потерь, что является самым примечательным их 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, включая устройства для интегрированной оптики, химического и биологического зондирования поверхности и т. д[3]. Однако нелегко удовлетворить необходимые условия для DSW, и из-за этого о первом экспериментальном доказательстве принципа наблюдения 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 левовращающих 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 | править код]

Простейшая конфигурация, рассмотренная в [5]. 1 состоит из границы раздела между изотропным материалом с диэлектрической проницаемостью ε и одноосным кристаллом с диэлектрической проницаемостью ε0 и εe 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 εe > ε > ε0 . Таким образом, DSW поддерживаются интерфейсами только с кристаллами с положительным двойным лучепреломлением ( εe > ε0 ). Угловой интервал определяется параметром

.

Угловые интервалы для фазы DSW и групповой скорости ( Δθph и Δθgr ) различны. Интервал фазовых скоростей пропорционален η2 и даже для наиболее сильно двулучепреломляющих природных кристаллов очень узкий Δθph ≈ 1° (рутил) и Δθph ≈ 4° (каломель)[17]..Однако физически более важный интервал групповой скорости существенно больше (пропорционален η ). Расчеты дают Δθgr ≈ 7° для рутила и Δθgr ≈ 20° для каломели.

Перспективы[править | править код]

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, особенно 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 высокой чувствительности 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 | править код]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Dyakonov, M. I. (April 1988). "New type of electromagnetic wave propagating at an interface" (Free PDF download). Soviet Physics JETP. 67 (4): 714. Архивировано (PDF) 13 июля 2018. Дата обращения: 4 октября 2021.
  2. ↑ Averkiev, N. S. and Dyakonov, M. I. (1990). "Electromagnetic waves localized at the interface of transparent anisotropic media". Optics and Spectroscopy (USSR). 68 (5): 653. Bibcode:1990OptSp..68..653A.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  3. ↑ Torner, L., Artigas, D., and Takayama, O. (2009). "Dyakonov Surface Waves". Optics and Photonics News. 20 (12). Bibcode:2009OptPN..20...25T. doi:10.1364/OPN.20.12.000025.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  4. ↑ Takayama, O., Crassovan, L., Artigas D., and Torner, L. (2009). "Observation of Dyakonov Surface Waves" (Free PDF download). Phys. Rev. Lett. 102 (4). Bibcode:2009PhRvL.102d3903T. doi:10.1103/PhysRevLett.102.043903. PMID 19257419. Архивировано 4 октября 2021. Дата обращения: 4 октября 2021.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  5. ↑ Takayama, O., Crassovan, L. C., Mihalache, D., and Torner, L. (2008). "Dyakonov Surface Waves: A Review". Electromagnetics. 28 (3): 126—145. doi:10.1080/02726340801921403.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  6. ↑ Crassovan, L. C., Artigas, D., Mihalache, D., and Torner, L. (2005). "Optical Dyakonov surface waves at magnetic interfaces". Opt. Lett. 30 (22): 3075—7. Bibcode:2005OptL...30.3075C. doi:10.1364/OL.30.003075. PMID 16315726.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  7. ↑ Crassovan, L. C., Takayama, D., Artigas, D., Johansen, S. K., Mihalache, D., and Torner, L. (2006). "Enhanced localization of Dyakonov-like surface waves in left-handed materials". Phys. Rev. B. 74 (15): 155120. arXiv:physics/0603181. Bibcode:2006PhRvB..74o5120C. doi:10.1103/PhysRevB.74.155120.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  8. ↑ Nelatury, S. R., Polo jr., J. A., and Lakhtakia, A. (2008). "Electrical Control of Surface-Wave Propagation at the Planar Interface of a Linear Electro-Optic Material and an Isotropic Dielectric Material". Electromagnetics. 28 (3): 162—174. arXiv:0711.1663. doi:10.1080/02726340801921486.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  9. ↑ Nelatury, S. R., Polo jr., J. A., and Lakhtakia, A. (2008). "On widening the angular existence domain for Dyakonov surface waves using the Pockels effect". Microwave and Optical Technology Letters. 50 (9): 2360—2362. arXiv:0804.4879. Bibcode:2008arXiv0804.4879N. doi:10.1002/mop.23698.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  10. ↑ Gao, Jun (2009). "On Dyakonov-Tamm waves localized to a central twist defect in a structurally chiral material". Journal of the Optical Society of America B. 26 (12): B74—B82. Bibcode:2009JOSAB..26B..74G. doi:10.1364/JOSAB.26.000B74.
  11. ↑ Takayama, O., Nikitin, A. Yu., Martin-Moreno, L., Mihalache, D., Torner, L., and Artigas, A. (2011). "Dyakonov surface wave resonant transmission" (PDF). Optics Express. 19 (7): 6339—47. Bibcode:2011OExpr..19.6339T. doi:10.1364/OE.19.006339. PMID 21451661. Архивировано (PDF) 4 октября 2021. Дата обращения: 4 октября 2021.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  12. ↑ Guo, Yu.. Newman, W., Cortes, C. L. and Jacob, Z. (2012). "Review Article: Applications of Hyperbolic Metamaterial Substrates". Advances in OptoElectronics. 2012: 1—9. arXiv:1211.0980. doi:10.1155/2012/452502.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка) Википедия:Обслуживание CS1 (не помеченный открытым DOI) (ссылка)
  13. ↑ Jacob, Z. and Narimanov, E. E. (2008). "Optical hyperspace for plasmons: Dyakonov states in metamaterials". Appl. Phys. Lett. 93 (22): 221109. Bibcode:2008ApPhL..93v1109J. doi:10.1063/1.3037208.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  14. ↑ Takayama, O., Artigas, D., and Torner, L. (2012). "Coupling plasmons and dyakonons". Optics Letters. 37 (11): 1983—5. Bibcode:2012OptL...37.1983T. doi:10.1364/OL.37.001983. PMID 22660095.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  15. ↑ Takayama, O., Shkondin, E., Bogdanov A., Panah, M. E., Golenitskii, K., Dmitriev, P., Repän, T., Malureanu, R., Belov, P., Jensen, F., and Lavrinenko, A. (2017). "Midinfrared surface waves on a high aspect ratio nanotrench platform" (PDF). ACS Photonics. 4 (11): 2899—2907. doi:10.1021/acsphotonics.7b00924. Архивировано (PDF) 4 октября 2021. Дата обращения: 4 октября 2021.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  16. ↑ Takayama, O., Dmitriev, P., Shkondin, E., Yermakov, O., Panah, M., Golenitskii, K., Jensen, F., Bogdanov A., and Lavrinenko, A. (2018). "Experimental observation of Dyakonov plasmons in the mid-infrared". Semiconductors. 52 (4): 442—6. Bibcode:2018Semic..52..442T. doi:10.1134/S1063782618040279.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  17. ↑ Takayama, O. (2008). "Dyakonov Surface Waves: A Review". Electromagnetics. 28 (3): 126—145. doi:10.1080/02726340801921403.
  18. ↑ Takayama, O. (2017). "Photonic surface waves on metamaterial interfaces". Journal of Physics: Condensed Matter. 29 (46): 463001. Bibcode:2017JPCM...29T3001T. doi:10.1088/1361-648X/aa8bdd. PMID 29053474.
  19. ↑ Takayama, O. (2014). "Lossless directional guiding of light in dielectric nanosheets using Dyakonov surface waves". Nature Nanotechnology. 9 (6): 419—424. Bibcode:2014NatNa...9..419T. doi:10.1038/nnano.2014.90. PMID 24859812.
  20. ↑ Liu, Hsuan-Hao (2013). "Leaky Surface Plasmon Polariton Modes at an Interface Between Metal and Uniaxially Anisotropic Materials". IEEE Photonics Journal. 5 (6): 4800806. Bibcode:2013IPhoJ...500806L. doi:10.1109/JPHOT.2013.2288298.

 

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Поверхностные_волны_Дьяконова&oldid=134901721