Ультратонкие плёнки поглощают гораздо больше света, чем считалось ранее

Группа исследователей под руководством Цзе Луо из Сучжоуского университета экспериментально подтвердила, что проводящие ультратонкие плёнки при скользящем падении света поглощают значительно больше энергии, чем допускала классическая теория. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

До этой работы в физике существовало устоявшееся представление о том, что предельное поглощение света ультратонкой проводящей плёнкой, находящейся в свободном пространстве, не превышает 50%. Ограничение выводилось из симметрии электрических полей по обе стороны плёнки: при нормальном падении поля над и под однородной плёнкой равны, что фиксирует соотношение между отражённой и прошедшей энергией.

Луо и его коллеги пересмотрели задачу, применив уравнения Максвелла для случая скользящего падения — когда свет направлен почти параллельно поверхности плёнки. Расчёты показали, что при таком угле строгая связь между коэффициентами отражения и пропускания нарушается. Теоретический максимум поглощения составил 2√2−2, то есть приблизительно 82,8%, при минимальном отражении в 17,2%.

Для экспериментальной проверки исследователи использовали кремниевые пластины толщиной около 75 микрон с различной проводимостью и направляли на них терагерцовое излучение с длиной волны порядка 300 микрон. Измерения подтвердили приближение к теоретическому пределу при углах падения до 80 градусов относительно нормали. При больших углах точные измерения оказались затруднены из-за сложности выравнивания луча и плёнки.

Аналогичные результаты были получены для микроволнового излучения на частоте 10 ГГц и инфракрасного диапазона. Эффект зафиксирован также для плёнок из благородных металлов — серебра и золота — и двумерных материалов класса MXенов. По данным авторов, полученные результаты применимы к разработке терагерцовых модуляторов и широкоугольных фотодетекторов.

Источник: Phys.org