Поверхностные волны Дьяконова

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
(перенаправлено с «DSW»)

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

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

[math]\displaystyle{ \eta = \frac{\epsilon_e}{\epsilon_0} - 1 }[/math] .

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

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

Примечания

  1. ↑ Dyakonov (April 1988). «New type of electromagnetic wave propagating at an interface» (Free PDF download). Soviet Physics JETP 67 (4): 714.
  2. ↑ Averkiev (1990). «Electromagnetic waves localized at the interface of transparent anisotropic media». Optics and Spectroscopy (USSR) 68 (5): 653. Bibcode: 1990OptSp..68..653A.
  3. ↑ Torner (2009). «Dyakonov Surface Waves». Optics and Photonics News 20 (12). doi:10.1364/OPN.20.12.000025. Bibcode: 2009OptPN..20...25T.
  4. ↑ Takayama (2009). «Observation of Dyakonov Surface Waves» (Free PDF download). Phys. Rev. Lett. 102 (4). doi:10.1103/PhysRevLett.102.043903. PMID 19257419. Bibcode: 2009PhRvL.102d3903T.
  5. ↑ Takayama (2008). «Dyakonov Surface Waves: A Review». Electromagnetics 28 (3): 126–145. doi:10.1080/02726340801921403.
  6. ↑ Crassovan (2005). «Optical Dyakonov surface waves at magnetic interfaces». Opt. Lett. 30 (22): 3075–7. doi:10.1364/OL.30.003075. PMID 16315726. Bibcode: 2005OptL...30.3075C.
  7. ↑ Crassovan (2006). «Enhanced localization of Dyakonov-like surface waves in left-handed materials». Phys. Rev. B 74 (15): 155120. arXiv:physics/0603181. doi:10.1103/PhysRevB.74.155120. Bibcode: 2006PhRvB..74o5120C.
  8. ↑ Nelatury (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.
  9. ↑ Nelatury (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. doi:10.1002/mop.23698. Bibcode: 2008arXiv0804.4879N.
  10. ↑ Gao (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. doi:10.1364/JOSAB.26.000B74. Bibcode: 2009JOSAB..26B..74G.
  11. ↑ Takayama (2011). «Dyakonov surface wave resonant transmission». Optics Express 19 (7): 6339–47. doi:10.1364/OE.19.006339. PMID 21451661. Bibcode: 2011OExpr..19.6339T.
  12. ↑ Guo (2012). «Review Article: Applications of Hyperbolic Metamaterial Substrates». Advances in OptoElectronics 2012: 1–9. arXiv:1211.0980. doi:10.1155/2012/452502.
  13. ↑ Jacob (2008). «Optical hyperspace for plasmons: Dyakonov states in metamaterials». Appl. Phys. Lett. 93 (22): 221109. doi:10.1063/1.3037208. Bibcode: 2008ApPhL..93v1109J.
  14. ↑ Takayama (2012). «Coupling plasmons and dyakonons». Optics Letters 37 (11): 1983–5. doi:10.1364/OL.37.001983. PMID 22660095. Bibcode: 2012OptL...37.1983T.
  15. ↑ Takayama (2017). «Midinfrared surface waves on a high aspect ratio nanotrench platform». ACS Photonics 4 (11): 2899–2907. doi:10.1021/acsphotonics.7b00924.
  16. ↑ Takayama (2018). «Experimental observation of Dyakonov plasmons in the mid-infrared». Semiconductors 52 (4): 442–6. doi:10.1134/S1063782618040279. Bibcode: 2018Semic..52..442T.
  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. doi:10.1088/1361-648X/aa8bdd. PMID 29053474. Bibcode: 2017JPCM...29T3001T.
  19. ↑ Takayama, O. (2014). «Lossless directional guiding of light in dielectric nanosheets using Dyakonov surface waves.». Nature Nanotechnology 9 (6): 419–424. doi:10.1038/nnano.2014.90. PMID 24859812. Bibcode: 2014NatNa...9..419T.
  20. ↑ Liu (2013). «Leaky Surface Plasmon Polariton Modes at an Interface Between Metal and Uniaxially Anisotropic Materials.». IEEE Photonics Journal 5 (6): 4800806. doi:10.1109/JPHOT.2013.2288298. Bibcode: 2013IPhoJ...500806L.

 

Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Поверхностные_волны_Дьяконова&oldid=7065919