Un equipo de investigación de la Universidad ITMO y la Universidad Nacional Australiana ha descubierto que diferentes metasuperficies exhiben el mismo comportamiento siempre que se introduzca una ruptura de simetría en sus células unitarias "meta-átomos". La asimetría de los metaátomos da como resultado resonancias de alta calidad (alta Q) en los espectros de transmitancia de las metasuperficies. Tales resonancias son capaces de amplificación múltiple de señales externas. Manipulando la asimetría, Los científicos pudieron controlar las resonancias y, por lo tanto, una respuesta óptica, que es muy deseable para aplicaciones prácticas. Los resultados de esta investigación fueron publicados en Cartas de revisión física .

El factor de calidad (el llamado factor Q) es una de las características más importantes de un sistema resonante. Determina la efectividad de la interacción luz-materia y la amplificación de señales externas. Muestra qué tan bien la estructura puede atrapar la luz. Cuando la muestra es de tamaño reducido, especialmente en espesor, su factor de calidad también se reduce significativamente, haciéndolo inadecuado para aplicaciones prácticas.

En su nueva investigación, un equipo de físicos de la Universidad ITMO y la Universidad Nacional de Australia, dirigido por el profesor Yuri Kivshar, ha revelado una nueva física de resonancias de alta Q. Los científicos encontraron que las resonancias agudas de alta Q están determinadas por la asimetría de los metaátomos, y casi no dependen del grosor de las metasuperficies y del tipo de materiales que demuestren un comportamiento universal para todo tipo de tales metasuperficies. Por lo tanto, Las metasuperficies con simetría rota se pueden usar para crear sensores delgados (menores que la longitud de la luz) y altamente eficientes. láseres y fuentes de radiación no lineales.

Más importante, Los investigadores demostraron que las resonancias de Q alto en metasuperficies asimétricas están gobernadas por estados ligados en el continuo. Estos últimos son estados no radiativos que aparecen cuando varias resonancias en un sistema interactúan en el régimen de interferencia destructiva suprimiendo las pérdidas radiativas.

"Hemos estado estudiando estados ligados en el continuo durante dos años como parte de un proyecto apoyado por la Russian Science Foundation. En algún momento nos dimos cuenta de que la naturaleza de las resonancias de alta Q en las metasuperficies está relacionada con la física de los estados ligados del continuo. Resulta que, introduciendo una asimetría, podemos destruir estados ligados en el continuo y convertirlos en resonancias de alta Q. Analizamos una docena de sistemas asimétricos, encontrado en varias fuentes, con gran detalle y pudieron demostrar que los efectos descritos anteriormente fueron causados ​​por estados ligados en el continuo, "dice el Dr. Andrey Bogdanov, investigador del Centro Internacional de Investigación de Nanofotónica y Metamateriales de la Universidad ITMO.

"El resultado más importante de nuestro trabajo es que pudimos agregar y resumir los resultados de una gran cantidad de trabajos de diversos campos de la fotónica y la radiofísica, todos los cuales solo tienen dos cosas en común:la estructura, que es una metasuperficie asimétrica, y la naturaleza de los fenómenos observados, el de resonancias agudas y estrechas en respuesta espectral. En obras antiguas, esto se explicó mediante el uso de nuevos términos. Nosotros, sin embargo, demostró que todos los fenómenos físicos pueden describirse a través de estados ligados en el continuo, un fenómeno interferencial universal conocido por los físicos cuánticos desde principios del siglo XX, "señala el Sr. Kirill Koshelev, miembro del personal del Centro Internacional de Investigación de Nanofotónica y Metamateriales de la Universidad ITMO.

Según los investigadores, Una comprensión más profunda de la óptica de los estados ligados en el continuo puede ayudar a simplificar el proceso de creación de materiales con una respuesta óptica específica. En futuras investigaciones, los científicos planean utilizar los resultados que adquirieron para analizar los efectos ópticos no lineales en metasuperficies similares.