Открытие «исключительных связанных состояний в континууме» может привести к созданию сверхчувствительных датчиков для обнаружения вирусов и революционизировать интегральную фотонику. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Международная группа исследователей с участием специалистов из университета ИТМО обнаружила новый вид оптических сингулярностей — исключительные связанные состояния в континууме. Результаты исследования опровергают невозможность сочетания двух противоречивых оптических явлений.
Ученые совместили два разных оптических феномена: исключительные точки и связанные состояния в континууме. Первые обладают сверхчувствительностью к внешним воздействиям, но страдают от радиационных потерь, вторые не излучают энергию, несмотря на открытость системы. Объединение этих явлений ранее считалось невозможным из-за противоречивых условий их существования.
Раньше ученые думали, что объединить связанные состояния в континууме и создать исключительную точку невозможно, потому что для этого нужно было выполнить одновременно два противоречивых друг другу условия. Нам удалось обойти это противоречие, введя дополнительный канал потерь.
Андрей Богданов, соавтор исследования, доцент физического факультета ИТМО
Новое состояние может стать основой для высокоточных оптических сенсоров, способных улавливать вирусы или белки на молекулярном уровне. Благодаря равномерному распределению связанных состояний по площади метаповерхности, такие сенсоры смогут эффективно взаимодействовать с тончайшими слоями биоматериалов — толщиной порядка 100 нм.
Кроме того, открытие пригодится для разработки энергоэффективных компонентов интегральной фотоники: оптических транзисторов, модуляторов и переключателей, которые потенциально способны заменить классические электронные аналоги.
Ученые изготавливают образцы для проведения экспериментов по наблюдению исключительных связанных состояний в континууме. Наблюдения проведут совместно с китайскими коллегами из Циндао — в рамках международного научно-исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов ИТМО. В ходе эксперимента исследователи будут отслеживать процесс слияния двух связанных состояний в одну исключительную точку.
