Группа талантливых исследователей совершила значительный прорыв в изучении исключительных точек РТ-симметричных слоистых структур. Внедрив инновационный подход с использованием анизотропной среды, ученые разработали эффективный метод управления этими точками. Исследование получило признание научного сообщества и было опубликовано в престижном издании Physical Review B.
В современной физике особое место занимают неэрмитовы системы — уникальные структуры, способные к энергетическому обмену с окружающей средой. Ключевой особенностью РТ-симметрии (Parity-Time symmetry) выступает гармоничный баланс между процессами поглощения и усиления энергии.
Когда в РТ-симметричной системе достигается идеальное равновесие между поглощением и усилением, она демонстрирует удивительное свойство нейтральности. Однако наиболее интересные явления наблюдаются при спонтанном нарушении симметрии, когда система начинает либо поглощать, либо усиливать излучение. Именно эти особые состояния, называемые исключительными точками, открывают широкие перспективы для создания высокочувствительных сенсоров, эффективных поглотителей излучения, инновационных лазеров и оптических переключателей.
В ходе исследования международная команда ученых сфокусировалась на анализе трехслойной РТ-симметричной системы с внедренной анизотропной средой. Уникальность такой среды заключается в том, что ее характеристики, включая показатель преломления, варьируются в зависимости от направления светового потока, создавая различные эффекты при разных углах поворота.
Экспериментируя с ориентацией оптических осей анизотропной среды, исследователи сделали важное открытие: хотя изменение единичного анизотропного слоя не влияет на исключительные точки, координация двух слоев позволяет гибко управлять их расположением и количеством. Практическая реализация такой системы возможна с применением анизотропных жидких кристаллов, чья оптическая ось поддается регулировке внешним электрическим полем. Дополнительным преимуществом выступает зависимость от поляризации света, что удваивает потенциал исключительных точек.
Инновационный характер исследования особенно ценен для практического применения исключительных точек. Учитывая ограничения технологических процессов в точной настройке устройств, возможность оперативной корректировки готовой системы представляет огромную ценность. Появилась возможность компенсировать несовершенства в реальном времени, используя анизотропный слой и регулируя его свойства электрическим полем.
«Хотя сейчас мы не стремились к созданию конкретных практических приложений, наш метод легко реализуем через интеграцию анизотропной среды в существующие неэрмитовые оптические системы. Особенно важно, что полученные результаты применимы не только к слоистым структурам, но и к другим видам неэрмитовых систем», — отметил Александр Шалин, ведущий научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур МФТИ.
«Мы рассмотрели базовый сценарий с изменением ориентации анизотропного слоя в поперечной плоскости. Следующим шагом станет обобщение результатов для произвольных ориентаций. Особый интерес вызывают топологические свойства систем. В перспективе планируем расширить исследования на новые типы сред, включая магнитооптические материалы, что может открыть возможности управления исключительными точками магнитным полем», — поделился планами Денис Новицкий, руководитель центра «Нанофотоника» Института физики имени Б.И. Степанова.
Это передовое исследование стало результатом плодотворного международного сотрудничества специалистов из МФТИ, Института им. Б.И. Степанова, Белорусского государственного университета и Рижского технического университета.
Информация предоставлена Центром научной коммуникации МФТИ
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
