RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 4, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2019

 / 

Август

←  →

Обзоры актуальных проблем


Резонансные эффекты в фотонных кристаллах и метаматериалах (к 100-летию Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН)

,
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Представлен обзор экспериментальных и теоретических данных по исследованию резонансных эффектов в электромагнитных спектрах различных фотонных структур. Кратко изложена история формирования научных направлений, связанных с фотонными кристаллами и метаматериалами, которые вначале рассматривались как два различных класса искусственных объектов, а в последнее время всё чаще анализируются с общих позиций. Особое внимание уделено фазовому переходу между фотонным кристаллом и метаматериалом, сопровождаемому появлением отрицательной магнитной восприимчивости в чисто диэлектрической двумерной структуре. Рассматриваются основные механизмы формирования резонансных процессов, связанных с протяжёнными (т.е. нелокальными) брэгговскими резонансами в фотонных кристаллах и локальными резонансами на отдельных структурных элементах метаматериалов. Подробно обсуждаются электромагнитные свойства слабопоглощающих диэлектрических частиц с высоким показателем преломления, которые помимо электрических резонансов обладают интенсивными магнитными резонансами Ми. Актуальность данного направления определяется широким фронтом исследований, направленных на создание элементной базы фотоники.

Текст pdf (1,2 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2019.03.038543
Ключевые слова: фотонные кристаллы, метаматериалы, оптические антенны, резонансы Ми, резонансные эффекты, фотонный фазовый переход, резонанс Фано, метаповерхности
PACS: 42.25.−p, 42.70.Qs, 78.67.Pt (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2019.03.038543
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2019/8/e/
000504891900004
2-s2.0-85076618595
2019PhyU...62..823R
Цитата: Рыбин М В, Лимонов М Ф "Резонансные эффекты в фотонных кристаллах и метаматериалах (к 100-летию Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН)" УФН 189 881–898 (2019)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 7 сентября 2018, доработана: 28 февраля 2019, 4 марта 2019

English citation: Rybin M V, Limonov M F “Resonance effects in photonic crystals and metamaterials (100th anniversary of the Ioffe Institute)” Phys. Usp. 62 823–838 (2019); DOI: 10.3367/UFNe.2019.03.038543

Список литературы (170) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (24) Похожие статьи (20)

  1. John S Phys. Rev. Lett. 58 2486 (1987)
  2. Yablonovitch E Phys. Rev. Lett. 58 2059 (1987)
  3. Rayleigh Lord Phil. Mag. 5 24 145 (1887)
  4. Быков В П ЖЭТФ 62 505 (1972); Bykov V P Sov. Phys. JETP 35 369 (1972)
  5. Pendry J B et al Phys. Rev. Lett. 76 4773 (1996)
  6. Pendry J B et al IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47 2075 (1999)
  7. Markoš P, Soukoulis C M Phys. Rev. B 65 033401 (2001)
  8. Engheta N, Ziolkowski R W (Eds) Electromagnetic Metamaterials: Physics and Engineering Explorations (New York: Wiley--IEEE Press, 2006)
  9. Capolino F (Ed.) Theory and Phenomena of Metamaterials (Boca Raton, FL: CRC Press-Taylor and Francis, 2009)
  10. Sarychev A K, Shalaev V M Electrodynamics of Metamaterials (Singapore: World Scientific, 2007); Пер. на русск. яз., Сарычев А К, Шалаев В М Электродинамика метаматериалов (М.: Научный мир, 2011)
  11. Веселаго В Г УФН 92 517 (1967); Veselago V G Sov. Phys. Usp. 10 509 (1968)
  12. Linden S et al Science 306 1351 (2004)
  13. Fang N et al Science 308 534 (2005)
  14. Liu Z et al Science 315 1686 (2007)
  15. Pendry J B, Schurig D, Smith D R Science 312 1780 (2006)
  16. Chen P-Y, Soric J, Alù A Adv. Mater. 24 OP281 (2012)
  17. Rybin M V et al Sci. Rep. 5 8774 (2015)
  18. Slobozhanyuk A P et al Adv. Mater. 28 1832 (2016)
  19. Tittl A et al Science 360 1105 (2018)
  20. Landy N I et al Phys. Rev. Lett. 100 207402 (2008)
  21. Zhu H, Yi F, Cubukcu E Nature Photon. 10 709 (2016)
  22. Smith D R et al Phys. Rev. Lett. 84 4184 (2000)
  23. Parazzoli C G et al Phys. Rev. Lett. 90 107401 (2003)
  24. Valentine J et al Nature 455 376 (2008)
  25. Kildishev A V, Boltasseva A, Shalaev V M Science 339 1232009 (2013)
  26. Yu N, Capasso F Nature Mater. 13 139 (2014)
  27. O'Brien S, Pendry J B J. Phys. Condens. Matter 14 4035 (2002)
  28. Kuznetsov A I et al Sci. Rep. 2 492 (2012)
  29. Moitra P et al Nature Photon. 7 791 (2013)
  30. Yang Y et al Nature Commun. 5 5753 (2014)
  31. Jahani S, Jacob Z Nature Nanotechnol. 11 23 (2016)
  32. Kuznetsov A I et al Science 354 aag2472 (2016)
  33. Staude I, Schilling J Nature Photon. 11 274 (2017)
  34. Vlasov Yu A et al Nature 414 289 (2001)
  35. López J F G, López C Optical Properties of Photonic Structures: Interplay of Order and Disorder (Boca Raton, FL: CRC Press-Taylor and Francis, 2016) p. 197
  36. Galisteo-López J F et al Phys. Rev. B 68 115109 (2003)
  37. Sakoda K Optical Properties of Photonic Crystals 2nd ed. (Berlin: Springer, 2005)
  38. Joannopoulos J D et al Photonic Crystals: Molding the Flow of Light 2nd ed. (Princeton, NJ: Princeton Univ. Press, 2008)
  39. Rybin M V et al Nature Commun. 6 10102 (2015)
  40. Ashcroft N W, MermN D Solid State Physics Vol. 1 (New York: Holt, Rinehart and Winston, 1976); Пер. на русск. яз., Ашкрофт Н, Мермин Н Физика твердого тела Т. 1 (М.: Мир, 1979)
  41. Shishkin I I et al Phys. Rev. B 89 035124 (2014)
  42. Zakhidov A A et al Science 282 897 (1998)
  43. Astratov V N et al Nuovo Cimento D 17 1349 (1995)
  44. Miguez H et al Appl. Phys. Lett. 71 1148 (1997)
  45. Mazurenko D A et al Phys. Rev. Lett. 91 213903 (2003)
  46. Wijnhoven J E G J, Vos W L Science 281 802 (1998)
  47. Romanov S G et al Phys. Rev. E 63 056603 (2001)
  48. Galisteo-López J F et al Photon. Nanostruct. Fundament. Appl. 2 117 (2004)
  49. van Driel H M, Vos W L Phys. Rev. B 62 9872 (2000)
  50. Gajiev G M et al Phys. Rev. B 72 205115 (2005)
  51. Baryshev A V et al Phys. Rev. B 76 014305 (2007)
  52. Мороз А В, Лимонов М Ф, Рыбин М В, Самусев К Б ФТТ 53 1045 (2011); Moroz A V, Limonov M F, Rybin M V, Samusev K B Phys. Solid State 53 1105 (2011)
  53. Rybin M V et al Phys. Rev. Lett. 103 023901 (2009)
  54. García P D, Sapienza R, López C Adv. Mater. 22 12 (2010)
  55. Hendrickson J et al Opt. Express 16 15382 (2008)
  56. Baryshev A V et al Phys. Rev. Lett. 99 063906 (2007)
  57. Rybin M V et al Phys. Rev. B 77 205106 (2008)
  58. Miroshnichenko A E, Flach S, Kivshar Y S Rev. Mod. Phys. 82 2257 (2010)
  59. Luk'yanchuk B et al Nature Mater. 9 707 (2010)
  60. Limonov M F, Rybin M V, Poddubny A N, Kivshar Y S Nature Photon. 11 543 (2017)
  61. Fano U Phys. Rev. 124 1866 (1961)
  62. Connerade J-P, Lane A M Rep. Prog. Phys. 51 1439 (1988)
  63. Poddubny A N, Rybin M V, Limonov M F, Kivshar Y S Nature Commun. 3 914 (2012)
  64. Ivchenko E L et al Phys. Rev. B 70 195106 (2004)
  65. Ивченко Е Л, Поддубный А Н ФТТ 55 833 (2013); Ivchenko E L, Poddubny A N Phys. Solid State 55 905 (2013)
  66. Poddubny A N, Ivchenko E L Physica E 42 1871 (2010)
  67. Poddubny A N et al Phys. Rev. B 80 115314 (2009)
  68. Poddubny A N et al Phys. Rev. B 77 113306 (2008)
  69. Werchner M et al Opt. Express 17 6813 (2009)
  70. Goto T et al Phys. Rev. Lett. 101 113902 (2008)
  71. Виноградов А П и др УФН 180 249 (2010); Vinogradov A P et al Phys. Usp. 53 243 (2010)
  72. Тиходеев С Г, Гиппиус Н А УФН 179 1003 (2009); Tikhodeev S G, Gippius N A Phys. Usp. 52 945 (2009)
  73. Hsu C W et al Nature 499 188 (2013)
  74. Yang Y et al Phys. Rev. Lett. 113 037401 (2014)
  75. von Neuman J, Wigner E Phys. Z. 30 467 (1929)
  76. Lee J et al Phys. Rev. Lett. 109 067401 (2012)
  77. Friedrich H, Wintgen D Phys. Rev. A 32 3231 (1985)
  78. Rybin M, Kivshar Yu Nature 541 164 (2017)
  79. Krasikov S D, Bogdanov A A, Iorsh I V Phys. Rev. B 97 224309 (2018)
  80. Hirose K et al Nature Photon. 8 406 (2014)
  81. Mühlschlegel P et al Science 308 1607 (2005)
  82. Liu N et al Nature Mater. 10 631 (2011)
  83. Makarov S V et al Nano Lett. 17 3047 (2017)
  84. Schelkunoff S A, Friis H T Antennas. Theory and Practice (New York: Wiley, 1952); Пер. на русск. яз., Щелкунов С А, Фриис Г Т Антенны. Теория и практика (М.: Сов. радио, 1955)
  85. Novotny L, van Hulst N Nature Photon. 5 83 (2011)
  86. Краснок А Е и др УФН 183 561 (2013); Krasnok A E et al Phys. Usp. 56 539 (2013)
  87. Meinzer N, Barnes W L, Hooper I R Nature Photon. 8 889 (2014)
  88. Taminiau T H et al Nano Lett. 7 28 (2007)
  89. Large N et al Nano Lett. 10 1741 (2010)
  90. Kim S et al Nature 453 757 (2008)
  91. Kinkhabwala A et al Nature Photon. 3 654 (2009)
  92. Rybin M V et al Opt. Express 21 30107 (2013)
  93. Tribelsky M I, Miroshnichenko A E Phys. Rev. A 93 053837 (2016)
  94. Klimov V V, Ducloy M, Letokhov V S Phys. Rev. A 59 2996 (1999)
  95. Bakker R M et al Nano Lett. 15 2137 (2015)
  96. Lu G et al Laser Photon. Rev. 9 530 (2015)
  97. Yan J et al ACS Nano 9 2968 (2015)
  98. Xi Z et al Phys. Rev. Lett. 117 113903 (2016)
  99. King R W P, Fikioris G J, Mack R B Cylindrical Antennas and Arrays 2nd ed. (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2002)
  100. Li J, Salandrino A, Engheta N Phys. Rev. B 76 245403 (2007)
  101. Curto A G et al Science 329 930 (2010)
  102. Dorfmüller J et al Nano Lett. 11 2819 (2011)
  103. Krasnok A E et al Opt. Express 20 20599 (2012)
  104. Filonov D S et al Appl. Phys. Lett. 100 201113 (2012)
  105. Rybin M V et al Phys. Rev. B 88 205106 (2013)
  106. Tribelsky M I et al Phys. Rev. Lett. 100 043903 (2008)
  107. Tribelsky M I, Miroshnichenko A E, Kivshar Y S Europhys. Lett. 97 44005 (2012)
  108. Kong X, Xiao G J. Opt. Soc. Am. A 33 707 (2016)
  109. Rituraj, Catrysse P B, Fan S Opt. Express 27 3991 (2019)
  110. Leonhardt U Science 312 1777 (2006)
  111. Кильдишев А В, Шалаев В М УФН 181 59 (2011); Kildishev A V, Shalaev V M Phys. Usp. 54 53 (2011)
  112. Zharova N A et al Opt. Express 20 14954 (2012)
  113. Chen P-Y, Alù A ACS Nano 5 5855 (2011)
  114. Kort-Kamp W J M et al Phys. Rev. Lett. 111 215504 (2013)
  115. Ruan Z, Fan S J. Phys. Chem. C 114 7324 (2010)
  116. Edwards B et al Phys. Rev. Lett. 103 153901 (2009)
  117. Rybin M V et al Phys. Rev. Lett. 119 243901 (2017)
  118. Van Bladel J IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 23 199 (1975)
  119. Carletti L et al Phys. Rev. Lett. 121 033903 (2018)
  120. Bogdanov A A et al Adv. Photon. 1 016001 (2019)
  121. Kaatze U J. Chem. Eng. Data 34 371 (1989)
  122. Ramakrishna S A Rep. Prog. Phys. 68 449 (2005)
  123. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Электродинамика сплошных сред (М.: Физматлит, 2013); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Electrodynamics of Continuous Media (Oxford: Pergamon Press, 1984)
  124. Johnson P B, Christy R W Phys. Rev. B 6 4370 (1972)
  125. Aspnes D E, Studna A A Phys. Rev. B 27 985 (1983)
  126. Shelby R A et al Appl. Phys. Lett. 78 489 (2001)
  127. Shelby R A, Smith D R, Schultz S Science 292 77 (2001)
  128. Zywietz U et al Nature Commun. 5 3402 (2014)
  129. Дорофеенко А В и др УФН 182 1157 (2012); Dorofeenko A V et al Phys. Usp. 55 1080 (2012)
  130. Виноградов А П, Дорофеенко А В, Зухди С УФН 178 511 (2008); Vinogradov A P, Dorofeenko A V, Zukhdi S Phys. Usp. 51 485 (2008)
  131. Виноградов А П Электродинамика композитных материалов (М.: Эдиториал УРСС, 2001)
  132. Симовский К Р Оптика и спектроскопия 107 766 (2009); Simovski C R Opt. Spectrosc. 107 726 (2009)
  133. Feynman R P, Leighton R B, Sands M The Feynman Lectures on Physics Vol. 3 (Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1965); Пер. на русск. яз., Фейнман Р, Лейтон Р, Сэндс М Фейнмановские лекции по физике Т. 3 (М.: Эдиториал УРСС, 2016)
  134. Jackson J D Classical Electrodynamics 3rd ed. (New York: Wiley, 1999)
  135. Xu L, Chen H Nature Photon. 9 15 (2015)
  136. Дубинов А Е, Мытарева Л А УФН 180 475 (2010); Dubinov A E, Mytareva L A Phys. Usp. 53 455 (2010)
  137. Wolf E, Habashy T J. Mod. Opt. 40 785 (1993)
  138. Розанов Н Н УФН 181 787 (2011); Rozanov N N Phys. Usp. 54 763 (2011)
  139. Дубинов А Е, Мытарева Л А УФН 182 337 (2012); Dubinov A E, Mytareva L A Phys. Usp. 55 315 (2012)
  140. Щелокова А В и др УФН 185 181 (2015); Shchelokova A V et al Phys. Usp. 58 167 (2015)
  141. Schurig D et al Science 314 977 (2006)
  142. Guven K et al New J. Phys. 10 115037 (2008)
  143. Semouchkina E et al Appl. Phys. Lett. 96 233503 (2010)
  144. Yu N et al Science 334 333 (2011)
  145. Chong K E et al Nano Lett. 15 5369 (2015)
  146. Sun S et al ACS Nano 11 4445 (2017)
  147. Pendry J B et al Science 337 549 (2012)
  148. Sheng C et al Nature Photon. 7 902 (2013)
  149. Ремнев М А, Климов В В УФН 188 169 (2018); Remnev M A, Klimov V V Phys. Usp. 61 157 (2018)
  150. Berry M V et al Eur. J. Phys. 1 154 (1980)
  151. Schmidt R et al Sci. Rep. 7 1678 (2017)
  152. Ni X, Kildishev A V, Shalaev V M Nature Commun. 4 2807 (2013)
  153. Guo T, Argyropoulos C Opt. Lett. 41 5592 (2016)
  154. Khorasaninejad M et al Nano Lett. 15 5358 (2015)
  155. Koshelev K et al Phys. Rev. Lett. 121 193903 (2018)
  156. Kodigala A et al Nature 541 196 (2017)
  157. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Статистическая физика Ч. 1 (М.: Физматлит, 2013); Пер. на англ. яз.: Landau L D, Lifshitz E M Statistical Physics Vol. 1 (Oxford: Pergamon Press, 1980)
  158. Li S V, Kivshar Y S, Rybin M V ACS Photon. 5 4751 (2018)
  159. Maslova E E, Limonov M F, Rybin M V Opt. Lett. 43 5516 (2018)
  160. Маслова Е Э, Лимонов М Ф, Рыбин М В Письма в ЖЭТФ 109 347 (2019); Maslova E E, Limonov M F, Rybin M V JETP Lett. 109 340 (2019)
  161. Khajavikhan M et al Nature 482 204 (2012)
  162. Yu Y et al Nature Photon. 11 81 (2017)
  163. Oulton R F et al Nature 461 629 (2009)
  164. Tung L-C et al Phys. Rev. B 93 085140 (2016)
  165. Glinka Y D et al J. Phys. Condens. Matter 28 165601 (2016)
  166. Stern L, Grajower M, Levy U Nature Commun. 5 4865 (2014)
  167. Schmidt M K et al Phys. Rev. Lett. 121 064301 (2018)
  168. Wu C et al Nature Mater. 11 69 (2012)
  169. Piao X et al Sci. Rep. 5 16585 (2015)
  170. Krasnok A, Tymchenko M, Alù A Mater. Today 21 (1) 8 (2018)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение