CC BY
30ЛАЗЕРНОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ И ОПТИЧЕСКИХ МЕТАМАТЕРИАЛОВ В НАНОСУСПЕНЗИЯХ
Винокуров С.А. магистрант, Классен Н.В.
Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, klassen@issp. ac. т DOI: 10.24411/9999-004A-2018-10048
Роль оптических методов получения, обработки и передачи информации непрерывно возрастает. К широко применяемой оптоволоконной связи в ближайшие годы добавятся оптические компьютеры. На очереди - оптические микроскопы с оптикой из метаматериалов, которые по разрешению приближаются к микроскопам электронным, но имеют большие преимущества по себестоимости и простоте эксплуатации. По этим причинам обостряются потребности в создании принципиально новых оптических элементов на базе фотонных кристаллов и сред с отрицательным показателем преломления в оптическом диапазоне. В этих направлениях много актуальных задач, т.к. к настоящему моменту изготовление фотонных кристаллов ведется дорогими методиками типа электронно-лучевой литографии, а оптические метаматериалы для видимого спектра пока еще не созданы. Наши эксперименты показали, что лазерное облучение водных суспензий с наночастицами и неорганической, и органической природы способно при определенных условиях формировать для оптического диапазона и фотонные кристаллы с легко регулируемыми непосредственно в процессе эксплуатации параметрами, и метаматериалы с отрицательным показателем преломления для суперобъективов и других применений. Использовались синий, зеленый и красный лазеры с плотностью мощности порядка 1вт/см2. Наносуспензии составлялись из воды и наночастиц никеля, меди, двуокиси кремния, какао, лигнина с объемными концентрациями от 10 до 30%. Суспензии наносились слоем толщиной порядка 1 мм на предметное стекло, располагавшееся горизонтально над направленным вверх лазерным лучом. С временным разрешением 0,02 секунды проводились видеозаписи динамики картин рассеяния прошедшего через суспензию лазерного потока на удаленном на 3 метра экране, а с помощью оптического микроскопа записывались изменения микроморфологии суспензии. В результате был получен обширный набор экспериментальных фактов, среди которых выделяются следующие: При облучении суспензий с наночастицами, поглощающими свет (меди, какао), на экране наблюдаются кольцевые дифракционные структуры. Электронная микроскопия осадка суспензий меди при этом выявляет образование разомкнутых подковообразных колец субмикронных размеров. Этот результат дает основание планировать формирование такими приемами получение сред с отрицательным показателем преломления, т.к. незамкнутые металлические кольца наноразмеров в силу
малых индуктивности и емкости имеют резонансные частоты в оптическом диапазоне, давая возможность получить отрицательные значения и магнитной, и диэлектрической проницаемости, т.е. метаматериалы оптического диапазона. При определенных условиях формируются периодические распределения наночастиц с разными симметриями и периодами, которые легко регулируются изменениями мощности лазерного потока, длины волны излучения, типа и концентрации наночастиц. Кроме того, полученные таким образом фотонно-кристаллические структуры могут перестраиваться непосредственно при прохождении света приложением к суспензиям электрического или магнитного полей (последнее - в случае магнитных наночастиц). Таким образом, лазерное облучение водных наносуспензий позволяет получать простыми способами регулируемые фотонные кристаллы и метаматериалы оптического диапазона.
Работа частично поддерживалась грантом РФФИ 16-29-11702.
ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ВОДНЫХ НАНОСУСПЕНЗИЯХ
Бурова Д.Н.1 школьница, Классен2 Н.В.
1- Физмат лицей, Сергиев Посад 2- Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, klassen@issp. ac. т
DOI: 10.24411/9999-004A-2018-10049
Актуальность этой темы связана с неясностями в понимании магнитных и кластерной свойству воды, перспективами использования магнитных материалов для электронных и оптических наносистем, необходимостью повышения антикоррозионной стойкости стальных металлоконструкций (особенно в условиях Арктики). Железо - одно из наиболее используемых в практике веществ (конструкционные материалы в строительстве, промышленности, трубопроводном транспорте, устройства магнитной записи, химический катализ, биомедицина). Один из главных недостатков материалов на основе железа - коррозия в присутствии воды. Для предупреждения коррозии применяются защитные покрытия (покраска, горячее нанесение полимерных покрытий и т.д.), легирование сталей антикоррозионными добавками (хром, никель). В данной работе показана возможность ослабления коррозии сплавов на основе железа магнитным полем. В качестве модельных материалов использовалась сталь 3 и водный раствор сернокислой меди (медный купорос СиБОД модельной реакцией для изучения влияния магнитного поля было восстановление меди из медного купороса железом. Магнитное поле создавалось
