Диэлектрическая нанофотоника

До недавнего времени считалось, что возбудить магнитные моменты у какого-либо объекта в видимом диапазоне практически невозможно, поскольку магнитная проницаемость веществ в данном интервале длин волн приблизительно равна единице. Исключение составляют некоторые атомы с магнинтными переходами. Однако исследование мультипольных спектров наночастиц с высоким показателем преломления (например, кремниевых или германиевых) показало, что за счет токов смещения в таких объектах могут возбуждаться магнитные диполи и мультиполи более высоких порядков. Данное открытие легло в основу так называемой «диэлектрической нанофотоники», посвященной исследованию и применению подобных частиц для реализации новых видов взаимодействия на наномасштабах, включая концентрацию и локализацию магнитного поля, детектирование магнитных атомов, конструирование метаповерхностей и систем, излучающих только вперед (абсолютно прозрачных) либо полностью отражающих и т.д.

Рисунок 1 - Схема бианизотропного димера, в котором спектральное положение электрического дипольного резонанса одной из частиц совпадает со спектральным положением резонанса магнитного диполя другой частицы. Соответствующие спектры моментов.

В рамках нашей лаборатории последовательно развиваются методы конфигурирования мультипольного спектра наночастиц по заданной диаграмме направленности, исследуются эффекты наведенной бианизотропии в системе наночастиц с высоким показателем преломления, усиления их магнитных моментов, а также различные способы концентрации и усиления магнитного поля на наномасштабах. На основе подобных систем предполагается, например, разрабатывать метаповерхности для фотовольтаических приложений. 

Помимо этого, большое значение данное исследование имеет и для оптомеханики. Действительно, учет мультиполей высших порядков в спектре рассеяния наночастиц, включая магнитные, необходим для эффективной манипуляции последними. Ранее было показано, что магнето-диэлектрические частицы могут вести себя во внешнем поле совершенно иначе, нежели объекты, обладающие только электрическим откликом. Также, контролируемое возбуждение мультиполей в нанообъекте позволяет конфигурировать его диаграмму направленности и, соответственно, действующие на него оптические силы. Таким образом может быть реализовано движение частицы навстречу лучу («луч притяжения»), ускорение вдоль пучка, боковое движение, зависание (левитация) и т.д.