Отрицательный показатель преломления

Обучение - Современная наука

Отрицательный показатель преломления: на пути к созданию совершенных линз

Европейские и североамериканские ученые сообщают об открытии нового типа материалов с отрицательным показателем преломления, состоящих из нескольких слоев тонких сверхпроводящих и ферромагнитных пленок. До сих пор отрицательный показатель преломления наблюдался лишь в метаматериалах и фотонных кристаллах, кроме того, в новом материале показатель преломления изменяется управляющим магнитным полем (см. Phys. Rev. Lett. 95 247009).

Существование материалов с отрицательным показателем преломления было предсказано советским физиком Виктором Веселяго в 1967 году. Его предсказание было основано на предположении существования сред, в которых и диэлектрическая, и магнитная проницаемость меньше нуля. Позднее, в 2000 году, теоретик Джон Пендри (John Pendry) из Имперского Колледжа Лондона, показал, что материалы с отрицательным показателем преломления могут быть использованы для создания совершенных линз, для которых не существует дифракционный предел размера светового пятна. А это, в свою очередь, может быть использовано в литографии, где для уменьшения размеров элементов полупроводниковых интегральных схем сейчас приходится переходить на все меньшие длины волн.

Новый материал, созданный Андреем Пименовым сотоварищи из Университета Аугсбурга и сотрудниками Польской Академии Наук совместно с Университетом штата Северный Иллинойс, является «бутербродом» из слоев ферромагнитного оксида марганца и оксида меди (также содержащий иттрий и барий), сверхпроводящего при высокой (по сравнению с гелиевой) температуре. В отсутствие внешнего магнитного поля и при соответствующей температуре такой материал является сверхпроводником и обладает отрицательной диэлектрической проницаемостью. Далее, если приложить магнитное поле индукцией в 3 Тесла, магнитная проницаемость становится отрицательной и оба условия для отрицательного показателя преломления оказываются выполненными.

Пименов и коллеги смогли напрямую измерить показатель преломления полученной среды, исследуя зависимость пропускания и сдвига фазы от величины магнитного поля. Было также показано, что показатель преломления можно менять с положительного на отрицательный и наоборот путем изменения величины управляющего магнитного поля.

В настоящее время ученые ведут работу над тем, чтобы уменьшить величину магнитного поля, при которой показатель преломления меняет знак. В дальнейшем в структуру материала также планируется добавить слой вещества, сохраняющего свою намагниченность. Возможно, что таким способом удастся достичь требуемого результата и в отсутствие внешнего магнитного поля.