Наблюдение устойчивой субволновой фазовой сингулярности в хиральной среде
Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего достигли долгожданного рубежа в фотонике: создали крошечные оптические устройства, которые одновременно являются высокочувствительными и долговечными — два качества, которые долгое время считались принципиально несовместимыми. Исследование было опубликовано в журнале Advanced Photonics. Устройства основаны на субволновой фазовой сингулярности. Это происходит, когда свет ограничивается меньшим пространством, чем его собственная длина волны так, что он создает точку полной темноты, где интенсивность света падает до нуля, в то время как его фаза плавно продолжается в течение полного цикла. Эта сингулярность одновременно очень чувствительна к изменениям окружающей среды — что делает ее идеальной для сенсорных приложений.
Рис.1. Многослойная периодическая фотонная наноструктура, поддерживающая надежную фазовую сингулярность. Кредит: Advanced Photonics (2025). DOI: 10.1117/1.AP.7.3.035001
Субволновая фазовая сингулярность стала возможной благодаря специально разработанной наноструктуре. Учёные сконструировали устройство размером с чип, состоящее из двух слоев золотых наностержней, между которыми находится чрезвычайно тонкий слой полимера. Нижний слой встроен в полимер, а верхний слой открыт для воздуха, где он может напрямую взаимодействовать с целевыми молекулами для зондирования.
Наностержни в каждом слое расположены рядами, которые слегка скручены под определенным углом относительно друг друга. Регулируя горизонтальное расстояние между двумя слоями, можно точно контролировать взаимодействие слоев со светом.
Рис.2. Гибридные плазмонные массивы пространственно разделенных плазмонных скрученных резонаторов с двумя различными падающими пучками (RCP и LCP). Кредит: Advanced Photonics (2025). DOI: 10.1117/1.AP.7.3.035001
Измерив фазовые сингулярности в ходе испытаний, были продемонстрированы чувствительность и долговечность устройства.
Это достижение может открыть дверь для передовых датчиков и технологий, начиная от высокочувствительной медицинской диагностики и датчиков окружающей среды, заканчивая более безопасными системами связи, и всё это встроено в крошечные устройства размером с чип.
