Сколтех: с помощью эффекта Казимира научились точно управлять угловым положением наноструктур

Ученые Сколтеха совместно с коллегами из МФТИ предложили способ управлять угловым положением наноструктур за счет эффекта Казимира — квантового взаимодействия, возникающего даже в вакууме. Об этом "Газете.Ru" рассказали в пресс-службе образовательного учреждения.

Эффект Казимира был предсказан физиком Хендриком Казимиром еще в 1948 году: оказалось, что две нейтральные поверхности в вакууме могут притягиваться из-за квантовых флуктуаций.

В новой работе исследователи показали, что в сложных наноструктурах этот эффект может вызывать не только силу притяжения, но и вращающий момент.

Объектом исследования стали фотонные решетки — структуры из параллельных полос анизотропного материала, свойства которого зависят от направления. Ученые рассмотрели систему из двух таких решеток, повернутых друг относительно друга, причем в каждой из них дополнительно смещена ось анизотропии. Это нарушает симметрию системы и делает ее хиральной.

Расчеты показали, что в такой конфигурации возникает устойчивый угол поворота между решетками. При этом он определяется внутренними свойствами материала и практически не зависит от расстояния между структурами. Иными словами, если такие элементы находятся достаточно близко, они "самостоятельно" поворачиваются в нужное положение без внешнего воздействия.

Как пояснила Наталья Салахова, младший научный сотрудник Центра инженерной физики Сколтеха и выпускница МФТИ, ключевой результат работы заключается в том, что равновесный угол задается свойствами материала, что открывает новую степень свободы при проектировании фотонных наноструктур.

Илья Фрадкин, научный сотрудник Центра инженерной физики Сколтеха и лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ, отметил, что ранее крутящий момент Казимира считался трудно применимым на практике, однако введение хиральности радикально меняет ситуацию и делает возможным создание самонастраивающихся структур.

По словам Сергея Дьякова, доцента и руководителя исследовательской группы в Центре инженерной физики Сколтеха, практическое применение открытия связано с реконфигурируемой нанофотоникой. Такие структуры могут использоваться в миниатюрных оптических переключателях, сенсорах и квантовых устройствах, где механическое управление невозможно.

Как добавил Николай Гиппиус, директор группы теоретической нанофотоники и профессор Центра инженерной физики Сколтеха, следующим этапом станет поиск материалов с оптимальной анизотропией, позволяющей усилить эффект.