Dyakonov overflate bølge - Dyakonov surface wave
Dyakonov overflatebølger ( DSWs ) er elektromagnetiske overflatebølger som beveger seg langs grensesnittet mellom et isotropisk og et unaksisk- dobbeltbrytende medium. De ble teoretisk spådd i 1988 av den russiske fysikeren Mikhail Dyakonov . I motsetning til andre typer akustiske og elektromagnetiske overflatebølger, skyldes DSWs eksistens forskjellen i symmetri av materialer som danner grensesnittet. Han regnes grensesnittet mellom et isotropt sende medium og en anisotropisk uniaxial krystall , og viste at under visse betingelser bølger lokalisert i grensesnittet skal eksistere. Senere ble lignende bølger spådd å eksistere ved grensesnittet mellom to identiske uniaxiale krystaller med forskjellige retninger . De tidligere kjente elektromagnetiske overflatebølgene, overflateplasmoner og overflateplasmon polaritoner , eksisterer under forutsetning av at permittiviteten til et av materialene som danner grensesnittet er negativ, mens den andre er positiv (for eksempel er dette tilfellet for luft / metallgrensesnitt under plasmafrekvensen ). DSW kan derimot forplante seg når begge materialene er gjennomsiktige; derav er de nesten tapsfrie, noe som er deres mest fascinerende egenskap.
De siste årene har betydningen og potensialet til DSW tiltrukket oppmerksomhet fra mange forskere: en endring av de konstituerende egenskapene til ett eller begge de to partnermaterialene - på grunn av for eksempel infiltrasjon av et hvilket som helst kjemisk eller biologisk middel - kunne målbart endre egenskapene til bølgen. Følgelig er det tenkt mange potensielle applikasjoner, inkludert enheter for integrert optikk, kjemisk og biologisk overflatesensing, etc. Det er imidlertid ikke lett å tilfredsstille de nødvendige forholdene for DSW, og på grunn av dette er den første bevis på prinsippet eksperimentell observasjon av DSW ble rapportert bare 20 år etter den opprinnelige spådommen.
Et stort antall teoretiske arbeider dukket opp som omhandler ulike aspekter av dette fenomenet, se detaljert gjennomgang. Spesielt ble DSW-forplantning ved magnetiske grensesnitt, i venstrehåndede materialer, i elektro-optiske og kirale materialer studert. Resonansoverføring på grunn av DSW i strukturer ved bruk av prismer ble spådd, og kombinasjon og interaksjon mellom DSW og overflateplasmoner (Dyakonov plasmons) ble studert og observert.
Fysiske egenskaper
Den enkleste konfigurasjonen vurdert i Ref. 1 består av et grensesnitt mellom et isotropt materiale med permittivitet ε og en unaksisk krystall med permittiviteter ε O og ε e for henholdsvis den vanlige og den ekstraordinære bølgen . Krystall C- aksen er parallell med grensesnittet. For denne konfigurasjonen kan DSW forplante seg langs grensesnittet innen visse vinkelintervaller i forhold til C- aksen, forutsatt at tilstanden til e e > ε > ε 0 er oppfylt. Dermed støttes DSW kun av grensesnitt med positive tobrytende krystaller ( ε e > ε 0 ). Vinkelintervallet er definert av parameteren
- .
Vinkelintervallene for DSW-fasen og gruppehastighetene ( Δθ ph og Δθ gr ) er forskjellige. Fasehastighetsintervallet er proporsjonalt med η 2, og selv for de sterkest dobbeltbrytende naturlige krystallene er det veldig smalt Δθ ph ≈ 1 ° ( rutil ) og Δθ ph ≈ 4 ° ( calomel ). Imidlertid er det fysisk viktigere gruppehastighetsintervallet betydelig større (proporsjonalt med η ). Beregninger gir Δθ gr ≈ 7 ° for rutil, og Δθ gr ≈ 20 ° for calomel.
Perspektiver
En omfattende eksperimentell undersøkelse av DSW-materialesystemer og evolusjon av relaterte praktiske innretninger har i stor grad blitt begrenset av de strenge anisotropiforholdene som er nødvendige for vellykket DSW-forplantning, spesielt den høye graden av dobbeltbrytning av minst ett av bestanddelene og det begrensede antallet naturlig tilgjengelige materialer som oppfyller dette kravet. Dette er imidlertid i ferd med å endres i lys av nye kunstig konstruerte metamaterialer og revolusjonerende materialesyntese teknikker.
DSWs ekstreme følsomhet overfor anisotropi og dermed stress, sammen med deres lavtap (langdistanse) karakter, gjør dem spesielt attraktive for å muliggjøre taktil og ultralydsensing med høy følsomhet for neste generasjons høyhastighets transduksjons- og utlesningsteknologier . Videre kan DSWs unike retningsretning brukes til styring av optiske signaler.