17
Календарь конференций
  • 1 июля

    Ежегодный вестник «Инновации в профильном естественнонаучном образовании: диалог между школой и ВУЗом»

  • 1 июня – 31 июля

    Виртуальный ботаник: отправь растения в онлайн!

  • 7 – 8 сентября

    Всероссийская научная конференция «Проблемы агрохимии и экологии – от плодородия к качеству почвы», посвященная 90-летию выдающегося деятеля науки, классика отечественной школы агрохимии, академика РАН Василия Григорьевича Минеева

  • 7 – 8 сентября

    VI Международная научно-практическая конференция «Инновационная экономика и менеджмент: методы и технологии»

  • 17 – 18 ноября

    Всероссийская научная конференция с международным участием «Природная и антропогенная неоднородность почв и статистические методы ее изучения»

  • 10 декабря

    Международная конференция по общему языкознанию «Наследие трудов Ю.В. Рождественского в XXI веке» — к 95-летию со дня рождения Юрия Владимировича Рождественского (1926-1999)

Все конференции
25/05/21

В МГУ разработали революционную компьютерную технологию для оптимизации 3D резонаторов плазмонного нанолазера

Учёные факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ разработали универсальную компьютерную технологию, позволяющую исследовать влияния квантовых эффектов на оптические характеристики наноразмерных структур, расположенных в активной среде на поверхности прозрачной подложки. Эта технология успешно использовалась при оптимизации характеристик 3D резонаторов плазмонного нанолазера – SPASER (Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation). В будущем исследование приблизит создание нового класса миниатюрных устройств, а также гибкой электроники. Работа опубликована в высокорейтинговом международном журнале Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer.

Создание наноразмерных источников монохроматического излучения может осуществить революцию в большинстве современных технологий. Идея состоит в том, чтобы использовать плазмонные поля вместо фотонных, используемых в обычных оптических лазерах. Наноплазмонные устройства позволяют получать сверхвысокую концентрацию электромагнитного поля в областях, размеры которых на порядки превышают рэлеевский предел оптического оборудования. Совершенствование схем плазмонного нанолазера (ПН) является одной из фундаментальных задач квантовой наноплазмоники. Вместе с тем непрерывная миниатюризация плазмонных элементов приводит к тому, что классической системы уравнений Максвелла оказывается недостаточным для описания функционирования схем наноплазмонных устройств, так как возникают квантовые эффекты которые, которые существенно меняют оптические характеристики устройства.

В основе реализованной компьютерной технологии лежит метод дискретных источников (МДИ), разработанный в МГУ ведущим научным сотрудником факультета вычислительной математики и кибернетики Юрием Ереминым. В последние 25 лет МДИ широко применяется для моделирования в оптике. В частности, в задачах метрологии кремниевых подложек, используемых при создании чипов процессоров, а также применительно к калибровке микроскопа полного внутреннего отражения (Total Internal Reflection Microscope). В самые последние годы МДИ был обобщен на случай присутствия квантового эффекта нелокальности в наноплазмонных устройствах. Его отличие от других методов заключается в способности вычислять плазмонные поля вблизи структур с гарантированной точностью.

«В данной работе проведена оптимизация структуры 3D резонатора плазмонного лазера, представляющего собой слоистую наночастицу с плазмонным металлом, расположенную в активной среде на поверхности прозрачной призмы. Установлено, что коэффициент усиления (КУ) интенсивности поля вблизи резонатора растет с уменьшением толщины золотого покрытия и увеличении наклона распространения внешнего возбуждения по отношению нормали к поверхности призмы. Показано, что возбуждение подобного резонатора неизлучающей волной, распространяющейся из-под поверхности призмы, обеспечивает существенный рост КУ поля. В результате моделирования удалось добиться увеличения КУ резонатора плазмонного лазера (ПН) в 400 раз по сравнению со схемой, использованной М.А. Ногиновым с соавторами в эксперименте (Noginov M.A. et al. Nature. 2009. V. 460. P. 1110). При этом выяснилось, что учет эффекта нелокальности в плазмонном металле резонатора приводит к существенному снижению величины КУ резонатора, которое может достигать величины 60%», – рассказал Юрий Еремин.

Следует отметить, что развитый подход легко обобщается на широкий круг плазмонных элементов таких, как биметаллические частицы, полупроводниковые с плазмонным покрытием и магнитоплазмонные наноструктуры.

Работа выполнена в рамках международного договора о сотрудничестве между факультетом ВМК МГУ и факультетом механики Университета Бремена (Германия).