Исследователи из Университета ИТМО создали «ловушку» для света. Она представляет собой полимерный квазикристалл, который задерживает свет внутри себя. Открытие можно будет использовать в создании лазеров и сенсоров. Посвященная ему работа опубликовано в журнале Advanced Optical Materials.

К кристаллам относятся твердые вещества, которые имеют периодическую структуру. Это значит, что при движении атомов на определенное расстояние они встанут на те места, где до перемещения были другие атомы. Это явление было доказано еще в начале XX века. Оно положило начало современной физике твердого тела, а также заложило основу для развития полупроводниковых технологий.

«Теория периодических структур позволяет сделать вывод, что волны, будь то свет, электроны или звук, могут двигаться только двумя способами. Либо волна распространяется в кристалле по направлению вперед, либо быстро затухает на частотах так называемой запрещенной зоны. Других вариантов нет, что чрезвычайно упрощает законы распространения частиц, существенно облегчая инженерные задачи», — рассказывает один из исследователей, доцент Нового физтеха Университета ИТМО Михаил Рыбин.

Однако создание некоторых устройств, например сенсоров и лазеров, требует, чтобы кристалл волну не пропускал и не гасил, а вместо этого задерживал ее на некоторое время в себе. Иначе говоря, это должна быть своеобразная «ловушка» для света. В идеале «ловушкой» должен быть весь материал, так как чем больше будет объем удержания света, тем эффективнее волна будет взаимодействовать с активным веществом. Однако в случае с кристаллом это невозможно. Как вариант решения этой проблемы предлагалось использовать беспорядочные структуры, например порошки. Однако воспроизведение хаотичного расположения частиц является очень сложной задачей. Другим вариантом решения этой проблемы может стать использование квазикристаллов. Их главное отличие от кристаллов заключается в том, что их структура не образует периодических решеток, но при этом имеет математически строгую упорядоченность.

С помощью трехмерной нанопечати ученым удалось создать образцы полимерных нанокристаллов. Затем они изучили качество их поверхности. «После этого мы сделали эксперимент: на квазикристалл посылали короткий импульс света и измерили так называемое послесвечение. Мы обнаружили, что свет выходит из наших образцов с задержкой, то есть волна удерживается внутри достаточно продолжительное время. Таким образом, мы подтвердили возможность поймать свет в объемном полимерном квазикристалле», — объяснил соавтор работы, аспирант Университета ИТМО Артем Синельник