Поверхностные волны Дьяконова ( ПВВ ) — это поверхностные электромагнитные волны , которые распространяются вдоль границы между изотропной и одноосной двулучепреломляющей средой . Теоретически они были предсказаны в 1988 году российским физиком Михаилом Дьяконовым . [1] В отличие от других типов акустических и электромагнитных поверхностных волн, существование ДСВ обусловлено различием симметрии материалов, образующих границу раздела. Он рассмотрел границу между изотропной передающей средой и анизотропным одноосным кристаллом и показал, что при определенных условиях должны существовать волны, локализованные на границе раздела. Позже было предсказано существование подобных волн на границе раздела двух одинаковых одноосных кристаллов с разной ориентацией . [2] Известные ранее электромагнитные поверхностные волны, поверхностные плазмоны и поверхностные плазмон-поляритоны , существуют при условии, что диэлектрическая проницаемость одного из материалов, образующих границу раздела, отрицательна, а другого положительна (например, так обстоит дело для граница раздела воздух/металл ниже плазменной частоты ). Напротив, DSW может распространяться, когда оба материала прозрачны; следовательно, они практически не имеют потерь, что является их самым интересным свойством.
В последние годы значение и потенциал DSW привлекли внимание многих исследователей: изменение конститутивных свойств одного или обоих из двух партнерских материалов – из-за, скажем, проникновения любого химического или биологического агента – может в значительной степени изменить характеристики волны. Следовательно, предусматриваются многочисленные потенциальные применения, включая устройства для интегральной оптики, химического и биологического поверхностного зондирования и т. д. [3] Однако нелегко удовлетворить необходимые условия для DSW, и из-за этого первое доказательство Принципиальное экспериментальное наблюдение DSW [4] было опубликовано всего через 20 лет после первоначального предсказания.
Появилось большое количество теоретических работ, посвященных различным аспектам этого явления, см. подробный обзор. [5] В частности, изучалось распространение ДСВ на магнитных границах раздела, [6] в левых материалах, [7] в электрооптических, [8] [9] и киральных [10] материалах. Было предсказано резонансное пропускание за счет DSW в структурах с использованием призм [11] , а также изучено и обнаружено сочетание и взаимодействие между DSW и поверхностными плазмонами (плазмонами Дьяконова) [12] [13] [14] . [15] [16]
Простейшая конфигурация, рассмотренная в [1]. 1 состоит из границы раздела между изотропным материалом с диэлектрической проницаемостью ε и одноосным кристаллом с диэлектрическими проницаемостями ε 0 и ε e для обыкновенной и необыкновенной волн соответственно. Ось кристалла C параллельна границе раздела. Для этой конфигурации ДСВ может распространяться вдоль границы раздела в определенных угловых интервалах относительно оси C при условии выполнения условия ε e > ε > ε 0 . Таким образом, ДСВ поддерживаются границами раздела только с кристаллами положительного двулучепреломления ( ε e > ε 0 ). Угловой интервал определяется параметром
Угловые интервалы фазовой и групповой скоростей ДСВ ( Δθ ph и Δθ gr ) различны. Интервал фазовых скоростей пропорционален η 2 и даже для наиболее сильно двулучепреломляющих природных кристаллов очень узок Δθ ph ≈ 1° ( рутил ) и Δθ ph ≈ 4° ( каломель ). [17] Однако физически более важный интервал групповых скоростей существенно больше (пропорционален η ). Расчеты дают Δθ гр ≈ 7° для рутила и Δθ гр ≈ 20° для каломели.
Широкое экспериментальное исследование материальных систем DSW и эволюция соответствующих практических устройств были в значительной степени ограничены строгими условиями анизотропии , необходимыми для успешного распространения DSW, в частности, высокой степенью двойного лучепреломления по крайней мере одного из составляющих материалов и ограниченным числом доступных в природе материалов. материалы, отвечающие этому требованию. Однако ситуация скоро изменится в свете новых искусственно созданных метаматериалов [18] и революционных методов синтеза материалов.
Чрезвычайная чувствительность DSW к анизотропии и, следовательно, к нагрузкам, а также их характер с низкими потерями (дальний радиус действия) делают их особенно привлекательными для обеспечения высокочувствительного тактильного и ультразвукового зондирования для технологий высокоскоростной передачи и считывания нового поколения. . Более того, уникальная направленность DSW может использоваться для управления оптическими сигналами. [19]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )