Dyakonov ytvåg
Dyakonov ytvågor ( DSW ) är elektromagnetiska ytvågor som färdas längs gränsytan mellan ett isotropiskt och ett enaxligt dubbelbrytande medium. De förutspåddes teoretiskt 1988 av den ryske fysikern Mikhail Dyakonov . Till skillnad från andra typer av akustiska och elektromagnetiska ytvågor, beror DSW:s existens på skillnaden i symmetri hos material som bildar gränssnittet. Han övervägde gränssnittet mellan ett isotropt sändande medium och en anisotrop enaxlig kristall och visade att under vissa förhållanden borde vågor lokaliserade vid gränssnittet existera. Senare förutspåddes liknande vågor existera vid gränssnittet mellan två identiska enaxliga kristaller med olika orientering . De tidigare kända elektromagnetiska ytvågorna, ytplasmonerna och ytplasmonpolaritonerna existerar under förutsättning att permittiviteten hos ett av materialen som bildar gränssnittet är negativ, medan det andra är positivt (exempelvis är detta fallet för luften/ metallgränssnitt under plasmafrekvensen ). Däremot kan DSW fortplantas när båda materialen är transparenta; därför är de praktiskt taget förlustfria, vilket är deras mest fascinerande egendom.
Under de senaste åren har betydelsen och potentialen hos DSW uppmärksammats av många forskare: en förändring av de konstitutiva egenskaperna hos ett eller båda av de två partnermaterialen – på grund av t.ex. infiltration av något kemiskt eller biologiskt agens – kan mätbart ändra vågens egenskaper. Följaktligen förutses många potentiella tillämpningar, inklusive anordningar för integrerad optik, kemisk och biologisk ytavkänning, etc. Det är dock inte lätt att uppfylla de nödvändiga villkoren för DSW, och på grund av detta den första proof-of-princip experimentella observationen av DSW rapporterades endast 20 år efter den ursprungliga förutsägelsen.
Ett stort antal teoretiska arbeten förekom som behandlade olika aspekter av detta fenomen, se den detaljerade genomgången. I synnerhet studerades DSW-utbredning vid magnetiska gränssnitt, i vänsterhänta material, i elektrooptiska och kirala material. Resonansöverföring på grund av DSW i strukturer med prismor förutspåddes, och kombination och interaktion mellan DSW och ytplasmoner (Dyakonov-plasmoner) studerades och observerades.
Fysikaliska egenskaper
Den enklaste konfigurationen i Ref. 1 εe består av ett gränssnitt mellan ett isotropiskt material med permittivitet ε och en enaxlig kristall med permittiviteter e 0 och för de ordinarie respektive de extraordinära vågorna . Kristallens C- axel är parallell med gränssnittet. För denna konfiguration kan DSW:n fortplanta sig längs gränssnittet e > e > ε 0 inom vissa vinkelintervall med avseende på C -axeln, förutsatt att villkoret för är uppfyllt. Således stöds DSW av gränssnitt med endast positiva dubbelbrytande kristaller ( εe > ε ) 0 . Vinkelintervallet definieras av parametern
- .
Vinkelintervallen för DSW-fasen och grupphastigheterna ( Δθ ph och Δθ gr ) är olika. Fashastighetsintervallet är proportionellt mot η 2 och är även för de mest starkt dubbelbrytande naturliga kristallerna mycket smalt Δθ ph ≈ 1° ( rutil ) och Δθ ph ≈ 4° ( calomel ). Emellertid är det fysiskt viktigare grupphastighetsintervallet väsentligt större (proportionellt mot η ). Beräkningar ger Δθ gr ≈ 7° för rutil och Δθ gr ≈ 20° för calomel.
Perspektiv
En omfattande experimentell undersökning av DSW-materialsystem och utvecklingen av relaterade praktiska anordningar har till stor del begränsats av de stränga anisotropivillkoren som är nödvändiga för framgångsrik DSW-utbredning, särskilt den höga graden av dubbelbrytning av minst ett av de ingående materialen och det begränsade antalet naturligt tillgängliga material som uppfyller detta krav. Detta är dock på väg att förändras i ljuset av nya konstgjorda metamaterial och revolutionerande materialsyntestekniker.
Den extrema känsligheten hos DSW för anisotropi, och därmed för stress, tillsammans med deras lågförlustkaraktär (långdistans) gör dem särskilt attraktiva för att möjliggöra högkänslig taktil och ultraljudsavkänning för nästa generations höghastighetstransduktions- och utläsningsteknologier . Dessutom kan den unika riktningsförmågan hos DSW användas för styrning av optiska signaler.