В лабораториях российских вузов научились преобразовывать свет в узоры без использования линз и фильтров. Устройство основано на комбинации зеркал, жидких кристаллов и тончайших слоев перовскита. Компьютерное моделирование продемонстрировало, что система способна создавать сложные полутоновые изображения. В будущем это даст возможность разрабатывать компактные проекторы и новые оптические чипы.
Исследователи из МФТИ, СПбГУ и ВлГУ продемонстрировали, что свет можно заставить самовольно формироваться в заданные узоры. Для этого они разработали специальный микрорезонатор, в котором были объединены жидкие кристаллы и тончайшие пленки перовскита. Эта конструкция позволила управлять гибридными частицами света и материи — экситон-поляритонами — и создавать из них сложные изображения с плавными переходами и различной поляризацией.
В основе находятся два зеркала высокого качества, между которыми размещен слой жидкого кристалла. Он обладает анизотропией: световые волны, ориентированные по-разному, проходят через материал с различными скоростями. Это свойство дало возможность создать независимые каналы для ортогональных поляризаций. Чтобы поляритоны «ощущали» эти каналы, внутрь поместили два ультратонких перовскитных слоя толщиной всего несколько нанометров. Каждый из них расположен в точке, где электрическое поле «своей» поляризации максимально, а «чужое» — почти отсутствует. В результате один слой взаимодействует только с X-компонентой, а другой — исключительно с Y-компонентой.
Команда также использовала метод топологической оптимизации — мощный вычислительный алгоритм, который позволяет моделировать «энергетический ландшафт» для движения квазичастиц. В таких условиях свет не просто отражается или преломляется, а собирается в заданные узоры. На симуляциях удалось получить полутоновые изображения, напоминающие фотографии, а также геометрические фигуры, где каждая часть обладала собственным состоянием поляризации.
В отличие от предыдущих подходов, где необходимо было травить микроструктуры или применять внешние поля, новая схема заложена в самой архитектуре устройства. Жидкий кристалл задает постоянное различие для волн, а перовскиты усиливают взаимодействие. При этом система остается компактной: толщина зеркал составляет всего несколько десятков нанометров, а вся полость имеет размеры порядка микрометров.
