Американські фізики розробили оптичний фільтр на основі аперіодичного масиву борознок, який може пропускати світло різної довжини хвилі залежно від кута падіння, а також працювати як лінза, що розщеплює. Робота опублікована в.
Можливість управління відображенням і пропусканням світла залежно від його кута падіння і довжини хвилі - одне з важливих завдань для створення оптичних фільтрів і хімічних або біологічних сенсорів. Зазвичай для цього використовуються впорядковані періодичні структури - оптичні решітки або, наприклад, фотонні кристали, в яких періодичним чином змінюється діелектрична проникність, що призводить до появи оптичної забороненої зони - діапазону довжин хвиль, всередині якого світло повністю відбивається. Ще одним прикладом періодичних систем для управління властивостей падаючого світла є метаматеріали, які зараз пропонують використовувати навіть для створення невидимих об'єктів.
У новій роботі американські фізики для створення оптичних фільтрів запропонували відмовитися від вимоги періодичності і використовували для створення оптичного фільтра аперіодичну металеву систему. Недавні теоретичні роботи показали, що за рахунок взаємодії поверхневих плазмонів між собою і з падаючим світлом в таких матеріалах можливість пропускання і відбиття світла можуть залежати від його довжини хвилі і кута падіння і при цьому є чутливими до зміни геометрії системи.
У своєму дослідженні вчені використовували матеріал, який був влаштований наступним чином. У багатошаровій плівці, покритій шаром срібла товщиною 100 нанометрів робили щілину шириною 100 нанометрів, і з двох сторін від неї наносили по п'ять прямокутних у перетині борознок, розташованих на різній відстані один від одного. Для визначення потрібної геометрії і передбачення можливих оптичних ефектів фізики використовували просту модель інтерференції плазмонів і падаючого світла.
Таку плівку з аперіодичною системою борознок опромінювали білим світлом. Результати експерименту показали, що спектр довжин хвиль, що проходять через щілину, сильно залежить від кута падіння світла. Так, при падінні світла перпендикулярно поверхні проходить тільки червоне світло, якщо світло падає під кутом 10 градусів, то крізь такий фільтр проходить тільки зелене світло, а при падінні під кутом 20 градусів - тільки синій.
Якщо ж розгорнути таку плівку вгору ногами, то її можна використовувати як розщеплюючу лінзу. Тобто при падінні на неї білого світла після проходження через щілину світло розщеплюється на спектр, в якому світло кожної довжини хвилі виходить з матеріалу під своїм кутом.
Крім того, фізики запропонували не обмежуватися лінійною геометрією борознок і щілин і показали, що подібний ефект можна спостерігати і для точкового отвору і концентричних борознок навколо нього. У такому випадку вторинне джерело розщепленого світла є точковим. Розмір запропонованих пристроїв обмежується довжиною загасання поверхневого плазмона і зараз становить близько 30 - 80 мікрон.
Автори роботи зазначають, що таких властивостей не вдалося б домогтися з використанням традиційних періодичних оптичних пристроїв. За твердженням вчених, такі матеріали можуть надалі використовуватися для підвищення ефективності роботи сонячних батарей, для розщеплення оптичного сигналу і складних сенсорів.
Для управління відображенням і пропусканням світла зараз використовується досить велика кількість різних матеріалів з незвичайною геометрією. Так, якщо покривати об'єкти мікрочастинками з коміристою поверхнею, то можна знизити відображення від нього майже до нуля. А багато метаматеріалів можуть використовуватися і для фільтрів не тільки у видимому діапазоні, але і наприклад, для дециметрових хвиль.