Выпуски

 / 

2018

 / 

Февраль

  

1000-й номер журнала "Успехи физических наук". Обзоры актуальных проблем


Метаповерхности: новый взгляд на уравнения Максвелла и новые методы управления светом

 а,  а, б, в
а Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова, Сущевская ул. 22, Москва, 119017, Российская Федерация
б Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Ленинский проспект 53, Москва, 119991, Российская Федерация
в Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Каширское шоссе 31, Москва, 115409, Российская Федерация

Рассматриваются основные принципы управления светом с помощью метаповерхностей, которые способны управлять фазой, амплитудой, поляризацией и частотой излучения, проходящего через них. Приводится формулировка обобщённого закона Снеллиуса. Рассматриваются способы реализации метаповерхностей с помощью резонансов и методы сдвига фазы в пределах 2π. Приведён обзор экспериментов и последних достижений в управлении светом с помощью метаповерхностей. Обсуждаются возможные применения метаповерхностей и дальнейшее развитие парадигмы метаповерхностей.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
Ключевые слова: метаповерхности, метаматериалы, наноплазмоника, диэлектрические метаповерхности, поверхности Гюйгенса, металинзы, метаголограммы, нелинейность, уравнения Максвелла, управление светом, нанотехнологии, обобщённый закон Снеллиуса
PACS: 42.25.Fx, 42.65.−k, 42.70.−a, 42.79.−e, 68.65.−k, 78.67.−n, 78.67.Pt (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2017.08.038192
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2018/2/c/
Цитата: Ремнев М А, Климов В В "Метаповерхности: новый взгляд на уравнения Максвелла и новые методы управления светом" УФН 188 169–205 (2018)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 11 апреля 2017, доработана: 16 августа 2017, 16 августа 2017

English citation: Remnev M A, Klimov V V “Metasurfaces: a new look at Maxwell's equations and new ways to control lightPhys. Usp. 61 157–190 (2018); DOI: 10.3367/UFNe.2017.08.038192

Список литературы (187) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (20) Похожие статьи (20)

  1. Novoselov K S et al. Science 306 666 (2004)
  2. Basov D N, Fogler M M, García de Abajo F J Science 354 195 (2016)
  3. Low T et al. Nature Mater. 16 182 (2017)
  4. Dai S et al. Nature Commun. 6 6963 (2015)
  5. Song J C W, Rudner M S Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113 4658 (2016)
  6. Kumar A et al. Phys. Rev. B 93 041413(R) (2016)
  7. Klimov V Nanoplasmonics (Singapore: Pan Stanford Publ., 2014)
  8. Кильдишев А В, Шалаев В М УФН 181 59 (2011); Kildishev A V, Shalaev V M Phys. Usp. 54 53 (2011)
  9. Kildishev A V, Boltasseva A, Shalaev V M Science 339 1232009 (2013)
  10. Yu Y F et al. Laser Photon. Rev. 9 412 (2015)
  11. Born M, Wolf E Principles of Optics (Oxford: Pergamon Press, 1964); Пер. на русск. яз., Борн М, Вольф Э Основы оптики (М.: Наука, 1979)
  12. Feynman R P, Leighton R B, Sands M L The Feynman Lectures on Physics Vol. 1 (New York: Basic Books, 2010); Пер. на русск. яз., Фейнман Р, Лейтон Р, Сэндс М Фейнмановские лекции по физике. 3. Излучение. Волны. Кванты (М.: URSS, 2016)
  13. Aieta F et al. Science 347 1342 (2015)
  14. Yu N, Capasso F Nature Mater. 13 139 (2014)
  15. Zheng G et al. Nature Nanotechnol. 10 308 (2015)
  16. Soukoulis C M, Wegener M Nature Photon. 5 523 (2011)
  17. Padilla W J, Basov D N, Smith D R Mater. Today 9 (7, 8) 28 (2006)
  18. Shalaev V M et al. Opt. Lett. 30 3356 (2005)
  19. Xiang Y J et al. The 23rd PIERS 2008, Progress in Electromagnetics Research Symp., Hangzhou, China, 24 - 28 March, 2008 (Cambridge, MA: The Electromagnetics Academy, 2008) p. 952
  20. Lapine M, Shadrivov I V, Kivshar Yu S Rev. Mod. Phys. 86 1093 (2014)
  21. Boltasseva A, Atwater H A Science 331 290 (2011)
  22. Yu N et al. Science 334 333 (2011)
  23. Ni X et al. Science 335 427 (2012)
  24. Scopus, https://www.scopus.com/
  25. Zhan A et al. ACS Photon. 3 209 (2016)
  26. Jahani S, Jacob Z Nature Nanotechnol. 11 23 (2016)
  27. Zhang L et al. Adv. Opt. Mater. 4 818 (2016)
  28. Genevet P, Capasso F Rep. Prog. Phys. 78 024401 (2015)
  29. Chen H-T, Taylor A J, Yu N Rep. Prog. Phys. 79 076401 (2016)
  30. Shaltout A M, Kildishev A V, Shalaev V M J. Opt. Soc. Am. B 33 501 (2016)
  31. Wang J, Du J Appl. Sci. 6 239 (2016)
  32. Glybovski S et al. Phys. Rep. 634 1 (2016)
  33. Minovich A E et al. Laser Photon. Rev. 9 195 (2015)
  34. Веселаго В Г УФН 92 517 (1967); Veselago V G Sov. Phys. Usp. 10 509 (1968)
  35. Pendry J B Phys. Rev. Lett. 85 3966 (2000)
  36. Klimov V V Письма в ЖЭТФ 89 270 (2009); Klimov V V JETP Lett. 89 229 (2009)
  37. Kalousek R et al. Opt. Express 20 17916 (2012)
  38. Johnson P B, Christy R W Phys. Rev. B 6 4370 (1972)
  39. Yu N et al. Nano Lett. 12 6328 (2012)
  40. Pors A, Nielsen M G, Bozhevolnyi S I Nano Lett. 15 791 (2015)
  41. Farmahini-Farahani M, Mosallaei H Opt. Lett. 38 462 (2013)
  42. Sun S et al. Nature Mater. 11 426 (2012)
  43. Sun S et al. Nano Lett. 12 6223 (2012)
  44. Pfeiffer C, Grbic A Phys. Rev. Lett. 110 197401 (2013)
  45. Zenin V A et al. Opt. Express 22 10341 (2014)
  46. Sarychev A K, Shvets G, Shalaev V M Phys. Rev. E 73 036609 (2006)
  47. Pors A et al. Sci. Rep. 3 2155 (2013)
  48. Pors A, Bozhevolnyi S I Opt. Mater. Express 5 2448 (2015)
  49. Pors A, Bozhevolnyi S I Opt. Express 21 27438 (2013)
  50. Evlyukhin A B et al. Phys. Rev. B 82 045404 (2010)
  51. Decker M et al. Adv. Opt. Mater. 3 813 (2015)
  52. Kerker M, Wang D-S, Giles C L J. Opt. Soc. Am. 73 765 (1983)
  53. Luk'yanchuk B S et al. ACS Photon. 2 993 (2015)
  54. Alaee R et al. Phys. Rev. B 91 115119 (2015)
  55. Shalaev M I et al. Nano Lett. 15 6261 (2015)
  56. Chen X et al. Nature Commun. 3 1198 (2012)
  57. Huang L et al. Nano Lett. 12 5750 (2012)
  58. Kang M et al. J. Opt. Soc. Am. B 29 572 (2012)
  59. Kang M et al. Opt. Express 20 15882 (2012)
  60. Клышко Д Н УФН 163 (11) 1 (1993); Klyshko D N Phys. Usp. 36 1005 (1993)
  61. Berry M V J. Mod. Opt. 34 1401 (1987)
  62. Butet J, Brevet P-F, Martin O J F ACS Nano 9 10545 (2015)
  63. Franken P A et al. Phys. Rev. Lett. 7 118 (1961)
  64. Kauranen M, Zayats A V Nature Photon. 6 737 (2012)
  65. Bachelier G et al. J. Opt. Soc. Am. B 25 955 (2008)
  66. Kujala S et al. Phys. Rev. Lett. 98 167403 (2007)
  67. Black L-J et al. ACS Photon. 2 1592 (2015)
  68. Chandrasekar R et al. Opt. Mater. Express 5 2682 (2015)
  69. Czaplicki R et al. Nano Lett. 15 530 (2015)
  70. Chen P-Y et al. ACS Photon. 2 1000 (2015)
  71. Bachelier G et al. Phys. Rev. B 82 235403 (2010)
  72. Wang F X et al. Phys. Rev. B 80 233402 (2009)
  73. Krause D, Teplin C W, Rogers C T J. Appl. Phys. 96 3626 (2004)
  74. Liu S et al. Nano Lett. 16 5426 (2016)
  75. Celebrano M et al. Nature Nanotechnol. 10 412 (2015)
  76. Baker R J CMOS. Circuit Design, Layout, and Simulation 3rd ed. (New York: Wiley. IEEE Press, 2010)
  77. Khorasaninejad M et al. Science 352 1190 (2016)
  78. Zhang Y et al. Sci. Rep. 5 10119 (2015)
  79. Li Q-T et al. Opt. Express 24 16309 (2016)
  80. Czaplicki R et al. Nano Lett. 15 530 (2015)
  81. Czaplicki R et al. Opt. Lett. 41 2684 (2016)
  82. Husu H et al. Nano Lett. 12 673 (2012)
  83. Klein M W et al. Science 313 502 (2006)
  84. Berthelot J et al. Opt. Express 20 10498 (2012)
  85. Czaplicki R et al. Phys. Rev. Lett. 110 093902 (2013)
  86. van Nieuwstadt J A H et al. Phys. Rev. Lett. 97 146102 (2006)
  87. Yang X et al. Opt. Lett. 41 2938 (2016)
  88. Kruk S et al. ACS Photon. 2 1007 (2015)
  89. Valev V K Langmuir 28 15454 (2012)
  90. Valev V K et al. Adv. Mater. 26 4074 (2014)
  91. Camacho-Morales R et al. Nano Lett. 16 7191 (2016)
  92. Carletti L et al. Nanotechnology 28 114005 (2017)
  93. Lee J et al. Nature 511 65 (2014)
  94. Lee J et al. Adv. Opt. Mater. 4 664 (2016)
  95. Wolf O et al. Nature Commun. 6 7667 (2015)
  96. Nookala N et al. Optica 3 283 (2016)
  97. Tymchenko M et al. Phys. Rev. Lett. 115 207403 (2015)
  98. Lee J et al. Adv. Opt. Mater. 2 1057 (2014)
  99. Aieta F et al. Nano Lett. 12 4932 (2012)
  100. Ni X et al. Light Sci. Appl. 2 e72 (2013)
  101. Chao W et al. Opt. Express 17 17669 (2009)
  102. Fu Y, Zhou W, Lim L E N J. Opt. Soc. Am. A 25 238 (2008)
  103. Etayo D, Ederra I, Gonzalo R J. Infrared Millim. Terahertz Waves 35 525 (2014)
  104. Andersen G Opt. Lett. 30 2976 (2005)
  105. Gao H et al. Nano Lett. 10 4111 (2010)
  106. Shi Z et al. Plasmonics 5 175 (2010)
  107. Ishii S, Shalaev V M, Kildishev A V Nano Lett. 13 159 (2013)
  108. Almeida E, Shalem G, Prior Y Nature Commun. 7 10367 (2016)
  109. Arbabi A et al. Opt. Express 23 33310 (2015)
  110. Arbabi A et al. Nature Commun. 6 7069 (2015)
  111. Arbabi E et al. Optica 3 628 (2016)
  112. Byrnes S J et al. Opt. Express 24 5110 (2016)
  113. Vo S et al. IEEE Photon. Technol. Lett. 26 1375 (2014)
  114. Khorasaninejad M et al. Nano Lett. 17 1819 (2017)
  115. Wen D et al. Adv. Opt. Mater. 4 321 (2016)
  116. Chen X et al. Adv. Opt. Mater. 1 517 (2013)
  117. Lin D et al. Science 345 298 (2014)
  118. West P R et al. Opt. Express 22 26212 (2014)
  119. Tang D et al. Laser Photon. Rev. 9 713 (2015)
  120. Zhao Z et al. Sci. Rep. 5 15781 (2015)
  121. Khorasaninejad M et al. Nano Lett. 15 5358 (2015)
  122. Arbabi E et al. Sci. Rep. 6 32803 (2016)
  123. Eisenbach O et al. Opt. Express 23 3928 (2015)
  124. Huang L et al. Nature Commun. 4 2808 (2013)
  125. Zhang H, Tan Q, Jin G Opt. Eng. 51 075801 (2012)
  126. Wen D et al. Nature Commun. 6 8241 (2015)
  127. Huang Y-W et al. Nano Lett. 15 3122 (2015)
  128. Chen W T et al. Nano Lett. 14 225 (2014)
  129. Devlin R C et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113 10473 (2016)
  130. Huang K et al. Laser Photon. Rev. 10 500 (2016)
  131. Chong K E et al. ACS Photon. 3 514 (2016)
  132. Wang B et al. Nano Lett. 16 5235 (2016)
  133. Li Q-T et al. Opt. Express 24 16309 (2016)
  134. Zhou F et al. Opt. Express 21 4348 (2013)
  135. Ye W et al. Nature Commun. 7 11930 (2016)
  136. Wang Q et al. Sci. Rep. 6 32867 (2016)
  137. Ni X, Kildishev A V, Shalaev V M Nature Commun. 4 2807 (2013)
  138. Walther B et al. Adv. Mater. 24 6300 (2012)
  139. Wan W, Gao J, Yang X ACS Nano 10 10671 (2016)
  140. Montelongo Y et al. Nano Lett. 14 294 (2014)
  141. Almeida E, Bitton O, Prior Y Nature Commun. 7 12533 (2016)
  142. Wang L et al. Optica 3 1504 (2016)
  143. Pors A, Nielsen M G, Bozhevolnyi S I Optica 2 716 (2015)
  144. Panchenko E et al. ACS Photon. 3 1833 (2016)
  145. Wen D et al. Opt. Express 23 10272 (2015)
  146. Khorasaninejad M et al. Nano Lett. 16 4595 (2016)
  147. Zhao Y, Alù A Nano Lett. 13 1086 (2013)
  148. Ding F et al. ACS Nano 9 4111 (2015)
  149. Gorodetski Y, Karabchevsky A Proc. SPIE 9883 98830H (2016)
  150. Mo W et al. Opt. Express 24 13621 (2016)
  151. Wu P C et al. Nano Lett. 17 445 (2017)
  152. Klimov V V et al. Opt. Express 24 6172 (2016)
  153. Klimov V V et al. Phys. Rev. A 92 063842 (2015)
  154. Treshin I V et al. Phys. Rev. A 88 023832 (2013)
  155. Hedayati M K, Elbahai M Plasmonics 12 1463 (2017)
  156. Ellenbogen T, Seo K, Crozier K B Nano Lett. 12 1026 (2012)
  157. Kumar K et al. Nature Nanotechnol. 7 557 (2012)
  158. Yue W et al. Sci. Rep. 6 29756 (2016)
  159. Zapata-Rodríguez C J et al. 16th Intern. Conf. on Transparent Optical Networks, ICTON, 6 - 10 July 2014 (Piscataway, NJ: IEEE, 2014)
  160. Zhu X et al. Nature Nanotechnol. 11 325 (2016)
  161. Cheng F et al. Sci. Rep. 5 11045 (2015)
  162. Genet C, Ebbesen T W Nature 445 39 (2007)
  163. Silva A et al. Science 343 160 (2014)
  164. Chizari A et al. Opt. Lett. 41 3451 (2016)
  165. Lee K-L et al. Sci. Rep. 5 8547 (2015)
  166. Sreekanth K V et al. Nature Mater. 15 621 (2016)
  167. Bahramipanah M et al. ACS Nano 9 7621 (2015)
  168. Klimov V V et al. J. Phys. D 50 285101 (2017)
  169. Butet J, Martin O J F Nanoscale 6 15262 (2014)
  170. Kim E et al. Phys. Rev. B 78 113102 (2008)
  171. Mesch M et al. Nano Lett. 16 3155 (2016)
  172. Yang A et al. Nature Commun. 6 6939 (2015)
  173. Hakala T K et al. Nature Commun. 8 13687 (2017)
  174. Schokker A H, Koenderink A F Phys. Rev. B 90 155452 (2014)
  175. Zhou W et al. Nature Nanotechnol. 8 506 (2013)
  176. van Exter M P et al. Opt. Express 21 27422 (2013)
  177. van Beijnum F et al. Phys. Rev. Lett. 110 206802 (2013)
  178. Tenner V T, de Dood M J A, van Exter M P ACS Photon. 3 942 (2016)
  179. Meng X et al. Laser Photon. Rev. 8 896 (2014)
  180. Зябловский А А и др. ЖЭТФ 152 211 (2017); Zyablovskii A A et al. JETP 125 175 (2017)
  181. COMSOL, https://www.comsol.ru/
  182. Lumerical Inc., https://www.lumerical.com/
  183. CST — Computer Simulation Technology, https://www.cst.com/
  184. Synopsys. Optical Solutions. RSoft, https://www.synopsys.com/optical-solutions/rsoft.html
  185. Oskooi A F et al. Comput. Phys. Commun. 181 687 (2010)
  186. Павлов А А и др. Квантовая электроника 43 496 (2013); Pavlov A A et al. Quantum Electron. 43 496 (2013)
  187. Forati E et al. Nature Commun. 7 13399 (2016)

© Успехи физических наук, 1918–2021
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение