Темные моды и динамические резонансные эффекты в нанофотонике

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-12-00151

НазваниеТемные моды и динамические резонансные эффекты в нанофотонике

Руководитель Трибельский Михаил Исаакович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-302 - Когерентная и нелинейная оптика

Ключевые слова нанофотоника, анапольное состояние, фемтосекундные импульсы, наночастица, метаповерхность

Код ГРНТИ29.31.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Оптические свойства структур из полупроводниковых наночастиц, обладающих высокими значениями показателя преломления (высокоиндексные материалы) и низкими потерями в оптическом диапазоне (например Si, TiO2), привлекают в последнюю декаду все большее и большее внимание. Детально исследован их отклик в непрерывном режиме облучения, и получен ряд новых важных оптических эффектов, возникающих, прежде всего, благодаря возможности возбуждать в таких частицах как электрические, так и магнитные мультипольные моменты и почти полному отсутствию поглощения. На основе обнаруженных явлений разработаны сверхтонкие оптические системы (толщиной, в несколько десятков нанометров), обладающие недостижимой для обычных систем функциональностью. Более того, несмотря на большое количество групп в мире, занимающихся данным направлением в фотонике, эта область далека от исчерпания и регулярно пополняется новыми открытиями. При этом следует отметить, что отклик таких полупроводниковых (в литературе принято название «диэлектрических» из-за малого поглощения) наночастиц на ультракороткие лазерные импульсы практически не изучен, хотя именно взаимодействие фемтосекундных импульсов с веществом является одной из наиболее актуальных проблем современной когерентной и нелинейной оптики. При таком воздействии время установления многих резонансных явлений оказывается соизмеримо с длительностью падающего импульса, что создает почву для возникновения принципиально новых нестационарных эффектов. Учитывая богатый модовый состав полей диэлектрических наноструктур, обусловленный, как уже отмечено, присутствием собственных мод обоих типов (как электрических, так и магнитных), обладающих различными резонансными частотами и добротностью, можно утверждать, что взаимодействие ультракоротких импульсов с ними приведет к возникновению качественно новых явлений, отсутствующих при стационарном рассеянии. Данный проект направлен на исследование новых оптических эффектов, обусловленных взаимодействием высокоиндексных слабопоглощающих наночастиц и метаповерхностей из них с фемтосекундными импульсами различной формы, а также на разработку моделей наноструктурных элементов для последующего создания качественно новых устройств для фемтосекундной оптики. Наиболее интересным представляется рассмотреть временнУю динамику состояний, которые в стационарном режиме являются нерассеивающими (темные моды) и, соответственно, метаповерхности из таких частиц являются практически полностью прозрачными. В связи с этим, будут теоретически и экспериментально исследованы наночастицы и метаповерхности в анапольном и гибридно-анапольном состоянии (недавно обнаруженное защищенное в стационарном режиме как от окружения, так и от подложки состояние, фемтосекундный отклик которого, в свою очередь, сильно зависит от окружения и подложки) и метаповерхности в окрестности деструктивных Фано-резонансов. Указанные состояния, сходные в стационарном режиме, обладают совершенно различным модовым составом и позволят реализовать различные временнЫе динамики и эффекты. Сочетание указанных специфических свойств в непрерывном и импульсном режимах предоставит возможность в последствии разработать новые оптические элементы двойной функциональности (например, новые сверхтонкие динамические зеркала, светофильтры, модуляторы, поляризаторы и т.д.), отсутствующие в настоящее время.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. А.В. Кузнецов А.В., Канос А.В., Тархов М., Бобровс В., Дмитрии Редка Д., Шалин А.С. Transparent hybrid anapole metasurfaces with negligible electromagnetic coupling for phase engineering Nanophotonics, vol. 10, no. 17, 2021, pp. 4385-4398 (год публикации - 2021)
10.1515/nanoph-2021-0377

2. Канос А.В., Гурвиц Е.А., Бениметский Ф.А., Пидгяко Д.А., Самусев А., Евлюхин А.Б., Бобровс В., Редка Д., Трибелский М.И., Рахмани М., Камали К.З., Павлов А.А., Мирошниченко А.Е., Шалин А.С. Theory, observation, and ultrafast response of the hybrid anapole regime in light scattering Laser & Photonics Reviews, Volume 15 Issue 10 Article Number: 2100114 (2021) (год публикации - 2021)
10.1002/lpor.202100114

3. Трибельский М.И., Мирошниченко А.Е. Two tractable models of dynamic light scattering and their application to Fano resonances Nanophotonics, vol. 10, no. 17, 2021, pp. 4357-4371 (год публикации - 2021)
10.1515/nanoph-2021-0340

4. Трибельский М.И., Мирошниченко А.Е. Резонансное рассеяние электромагнитных волн малыми металлическими частицами: новый взгляд на старую проблему УФН, 912 (1), 45-68 (2022) (год публикации - 2022)
10.3367/UFNr.2021.01.038924

5. Трибельский М.И., Мирошниченко А.Е. Resonance scattering of electromagnetic waves with small metal particles: A new insight into the old problem Physics-Uspekhi, 65 (1) 40-61 (год публикации - 2022)
10.3367/UFNe.2021.01.038924

6. Трибельский М.И., Рубинштейн Б.Я. Nature of the Poynting Vector Field Singularities in Resonant Light Scattering by Nanoparticles Nanomaterials, 12, 1878 (год публикации - 2022)
10.3390/nano12111878

7. Трибельский М.И., Рубинштейн Б.Я. The Poynting Vector Field Generic Singularities in Resonant Scattering of Plane Linearly Polarized Electromagnetic Waves by Subwavelength Particles Nanomaterials, 12, 3164 (год публикации - 2022)
10.3390/nano12183164

8. Трухан Е.А. Оптимизация усиления ближнего поля при резонансном рассеянии света наночастицами Вестник МГУ. Физика. Астрономия (год публикации - 2022)

9. Алексей В. Кузнецов, Адриа Канос Валеро, Хади К. Шамхи,Павел Терехов, Шинцзи Ни, Вячеслав Бобров, Михаил Рыбин, Алекандр С. Шалин Special scattering regimes for conical all-dielectric nanoparticles Scientific Reports (год публикации - 2022)

10. Трибельский М.И. Влияние закона сохранения энергии, размерности пространства и симметрии задачи на сингулярности поля вектора Пойнтинга Письма в ЖЭТФ, том 118, вып. 6, с. 417-429 (год публикации - 2023)
10.31857/S1234567823180064

11. Трибельский М.И. Exact Solutions to Fall of Particle to Singular Potential: Classical Versus Quantum Cases Proceedings of the Royal Society A, vol. 479 20230366 (2023). (год публикации - 2023)
10.1098/rspa.2023.0366

12. Трухан Е.А. Оптимизация усиления ближнего поля при резонансном рассеянии света наночастицами ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 3: ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ, 78(3), 2330402 (2023) (год публикации - 2023)
10.55959/MSU0579-9392.78.2330402

13. Синчень Жиань, Янь Хуань, Пуджуан Ма, Александр С. Шалин, Лей Гао Temporal Dynamics of an Asymmetrical Dielectric Nanodimer Wrapped with Graphene Photonics, 10, 914 (год публикации - 2023)
10.3390/

14. Александр Шалин, Адриа Канос Валеро, Андрей Мирошниченко All-Dielectric Nаnophotonics Elsevier, Netherlands, Amsterdam, 1 редакция (год публикации - 2023)
10.1016/B978-0-32-395195-1.00007-7

15. Трибельский М.И. The Poynting vector field singularities: Effects of symmetry and its violation Laser & Photonics Reviews (год публикации - 2023)
10.1002/lpor.202300512

16. Синчень Жиань, Янь Хуань, Пуджуань Ма, Александр Шалин, Лей Гао The temporal dynamics of nonlocal plasmonic nanoparticle under the ultrashort pulses Results in Physics, 48, 106407 (год публикации - 2023)
10.1016/j.rinp.2023.106437

Публикации