Трехмерный метаматериал, созданный российскими учеными и позволяющий управлять распространением света и электромагнитных волн без потерь энергии, попал в число главных научных открытий этого года по версии журнала Optics & Photonics News.

— Благодаря трехмерным изоляторам мы можем добиться такого поведения электромагнитных волн, которое раньше было технически недостижимо. На сегодняшний день невозможно создать оптический волновод без дефектов поверхности. Из-за них сигнал постепенно затухает, и в какой-то момент его уже невозможно уловить. С помощью топологических систем мы сможем избежать возникающих оптических потерь, ‒ объясняет Александр Ханикаев, профессор Городского университета Нью-Йорка (США).

Каждый год журнал Optics & Photonics News, профессиональное издание для физиков, занимающихся изучением свойств света и созданием фотонных устройств, называет три десятка самых важных и прорывных научных открытий, совершенных учеными в данной области науки.

В этом году в число подобных прорывов попало устройство, созданное в стенах Университета ИТМО в Санкт-Петербурге. Используя теоретические наработки Ханикаева, Алексей Слобожанюк и его коллеги создали первый в мире «трехмерный» топологический изолятор, способный управлять движением света. Под этим словом ученые понимают особый материал, чья поверхность может проводить ток, а его внутренности остаются изоляторами или полупроводниками. Физики достаточно давно пытались приспособить их и для передачи света и прочих электромагнитных волн, однако этому мешали две вещи – громоздкость оптических топологических изоляторов и высокие потери энергии, неизбежно возникавшие в процессе их работы.

В 2015 году физики из Международного научного центра нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО совместно с коллегами из Австралийского национального университета первыми экспериментально реализовали компактную топологическую структуру, в которой можно полностью контролировать локализацию света на очень маленьких масштабах.

— Работа началась с исследования одномерной структуры. По сути, это цепочка из нанодисков, в которой электромагнитное поле локализуется на том или ином конце. Мой коллега Александр Поддубный предложил теоретическую идею, потом мы сделали эксперимент в микроволнах и в оптике совместно с Иваном Синевым и Антоном Самусевым, ‒ рассказывает Слобожанюк.

Позже российские ученые использовали идеи Ханикаева для создания двумерной и трехмерной версии подобного топологического изолятора, теоретическое описание которого было опубликовано в престижном научном журнале Nature Photonics.

— Экспериментально реализовать трехмерную структуру гораздо сложнее, но Алексей Слобожанюк и его коллеги из Университета ИТМО активно работают над этим. Сейчас Алексей готовится получить степень доктора наук в Австралии, а затем он вернется в Университет ИТМО, чтобы развивать здесь новое научное направление. Я поддерживаю его решение. Очень важно, чтобы молодые ученые видели перспективы развития здесь, а не только за рубежом, − рассказывает Юрий Кившарь, соруководитель Центра нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО