Гарвардские ученые создали устройство для динамического управления хиральностью света

Исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) разработали компактное устройство, способное активно управлять хиральностью света при его прохождении. Управление достигается путем небольшого поворота двух специально разработанных слоев фотонных кристаллов, что позволяет изменять оптическую хиральность в реальном времени.

Проект возглавлял аспирант Фан Ду в лаборатории Эрика Мазура, профессора физики и прикладной физики имени Балканского. Команда создала реконфигурируемый скрученный двухслойный фотонный кристалл с интегрированной микроэлектромеханической системой (МЭМС), которая позволяет точно регулировать угол скручивания и расстояние между слоями. Эта технология открывает новые возможности для хирального зондирования, квантовой фотоники и оптической связи.

Фотонные кристаллы — это наноструктуры, способные управлять поведением света. Малые размеры позволяют размещать их на кончике булавки, а применение охватывает вычислительные технологии, сенсорные системы и высокоскоростную передачу данных.

Исследователи применили концепцию твистроники, ранее использованную в скрученном двухслойном графене. Наложение двух слоев нитрида кремния с возможностью их вращения относительно друг друга создает новые оптические свойства, отсутствующие в одном слое. Скрученная двухслойная структура обеспечивает асимметрию между левым и правым направлением, эффективно управляя хиральностью света — способностью световой волны вращаться по часовой или против часовой стрелки.

Небольшие различия в хиральности имеют большое значение в химии и медицине. Зеркальные молекулы могут по-разному влиять на организм — известный пример — талидомид, одна из форм которого лечила утреннюю тошноту, а другая вызывала врожденные дефекты. Для изучения таких молекул используют хиральный свет, однако традиционные инструменты, такие как волновые пластины и линейные поляризаторы, имеют ограниченные возможности.

Новое устройство позволяет динамически регулировать оптическую хиральность без замены компонентов. Система МЭМС обеспечивает точное управление углом скручивания и расстоянием между слоями, создавая геометрическую хиральность и избирательно пропуская левополяризованный или правополяризованный свет. Такое управление позволяет настраивать устройство на практически идеальную селективность.

Устройство открывает путь к созданию систем для хирального зондирования молекул на разных длинах волн, а также динамических модуляторов света в оптических системах связи. Возможность точного управления светом на чипе делает технологию перспективной для интеграции в фотонику нового поколения.