Учёные Сибирского федерального университета и Института физики им. Л. В. Киренского Российской академии наук">КНЦ СО РАН исследовали оптические фотонные структуры с рассеивающей средой, состоящей из нематических жидких кристаллов.

В ходе эксперимента были изучены особые «абнормальные» роллы — сложные периодические структуры, возникающие в нематиках под действием электроконвективного спиралевидного потока жидкости. Предполагается, что полученные результаты могут использоваться для анализа сложных структур и процессов, протекающих в упорядоченных системах.

«Мы изучаем структуры, похожие на цилиндры (роллы), — по форме они напоминают всем известное блюдо японской кухни. Нам удалось отследить образование таких роллов и их поведение в нематических жидких кристаллах. Известно, что в постепенно нагреваемой жидкости (например, в воде) возникает движение вещества — тёплая жидкость поднимается вверх по одному каналу, холодная опускается вниз по другому. В результате формируется замкнутый цикл. В нематических жидких кристаллах есть заданная ось симметрии, и любое движение в них осуществляется по траекториям, определяемым этой осью. Так появляются интересующие нас роллы.

 
Они могут быть относительно простыми, и тогда происходит банальное движение вокруг оси симметрии, что приводит к формированию вытянутых вдоль этой оси роллов. Но иногда образуются сложные спиралевидные потоки, приводящие к появлению так называемых абнормальных (проще говоря, ненормальных) роллов. Теперь представьте, что эту, и без того сложную, среду мы поместили в оптический резонатор — конструкцию из двух параллельных зеркал, между которыми можно „накапливать“ свет», — рассказал один из авторов исследования, доцент кафедры общей физики СФУ, старший научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского Российской академии наук">СО РАН Михаил Крахалёв.

 

Учёный уверяет: в нематических кристаллах можно обнаружить множество разнообразных форм роллов, и интерес они представляют не только для специалистов, изучающих фундаментальные законы гидродинамики или оптики.

Абнормальные роллы — самые, пожалуй, любопытные: внешне они очень похожи на «нормальных» собратьев своей формой, но существенно отличаются от них внутренним строением. Это делает их интересным объектом в качестве модели рассеивающей среды со сложной закрученной структурой.

«Как двигатель автомобиля предпочитает работать на „чистом“ бензине, так обычные оптические резонаторы любят „спокойные“ нематические жидкие кристаллы, однородно ориентированные и почти не рассеивающие свет. Мы же показали, что даже если поместить в резонатор „шумную“ с точки зрения оптики среду, состоящую из абнормальных роллов, можно вполне успешно регистрировать параметры и характеристики, которые обнаруживаются для классических систем со „спокойными“ нематиками. Более того, благодаря наличию резонатора такая система оказывается чувствительна как к самому факту наличия электроконвективных процессов, так и к их структуре. Например, можно не только легко отличить нормальные роллы от абнормальных, но и измерив оптические характеристики такой системы, определить параметры, связанные со структурой (строением) роллов», — отметил Михаил Крахалёв.

Но зачем идти сложным, на первый взгляд, путём, если можно выбрать привычный «наполнитель» для резонатора? Ответ кроется в сущности большинства биологических жидкостей растений, животных и человека — они содержат рассеивающие или поглощающие свет элементы (клетки, белки и пр.). И анализ таких жидкостей, например, методом измерения интенсивности рассеянного света, позволяет определить концентрацию и размер рассеивающих частичек, но не позволяет сделать вывод о присущей им структуре. Развитие подходов, позволяющих определять больше параметров сложных систем, может расширить возможности для их исследования и анализа.

«Мы призываем к осторожности в прогнозах. Всё же, на сегодняшний день резонаторы с „шумной“ рассеивающей средой (как абнормальные роллы в нематиках) изучены недостаточно, как и способы практического применения. Но судя по нашим экспериментам, такая оптическая система действительно является интересной с точки зрения анализа сложных систем, что в дальнейшем может привести к созданию датчиков (детекторов), в том числе для биологических систем», — резюмировал исследователь.

Источники

"Полезная ненормальность": ученые рассказали о пользе абнормальных роллов в оптике
Научно-инновационный портал СФУ (research.sfu-kras.ru), 17/02/2020
"Полезная ненормальность": ученые рассказали о пользе абнормальных роллов в оптике
Сибирский федеральный университет (sfu-kras.ru), 17/02/2020

Похожие новости

  • 16/01/2019

    Физики изучили влияние взаимодействия между магнитными наночастицами на магнитный гистерезис

    Команда исследователей из Сибирского федерального университета, Института физики имени Л. В. Киренского  СО РАН и Сибирского университета науки и технологий изучила магнитный гистерезис в наногранулированных композитах.
    1028
  • 03/11/2018

    Красноярские ученые разработали новый тип управляемых дифракционных решеток

    ​Дифракционные решетки играют центральную роль в интегральной оптике, голографии, оптической обработке данных. Ученые Института физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) и Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета (СФУ) разработали новый способ создания управляемой дифракционной решетки - оптической системы, действие которой основано на явлении световой дифракции (огибания препятствия светом), сообщила пресс-служба СФУ.
    984
  • 21/01/2019

    Ученые исследовали биологическую активность углеродных наноструктур

    ​​Ученые Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук и Сибирского федерального университета исследовали биологическую активность углеродных наноструктур искусственного и естественного происхождения.
    1625
  • 15/12/2017

    Химики создали новый класс люминофоров для электронной промышленности

    ​Международный коллектив химиков из Китая, России и Японии синтезировал новое кристаллическое вещество на основе оксидов редкоземельных металлов, а также описал его структуру и свойства. Расшифровка рентгенограммы нового соединение установила, что он относится к новому, ранее неизвестному классу.
    1399
  • 14/05/2018

    Сибирские ученые опробовали новый метод исследования полупроводниковых наночастиц

    ​Сотрудники Сибирского федерального университета и Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН применили новый метод для изучения наночастиц из кадмия и теллура. Они воспользовались особенностью данного соединения, взаимодействие которого со светом меняется в зависимости от магнитного поля.
    1002
  • 06/01/2019

    Как технологии меняют сельское хозяйство

    ​Коровы-супергерои, дроны для борьбы с мышами-полевками и грибы-убийцы — в 2018 году российские ученые предложили неожиданные способы повышения эффективности сельского хозяйства. Тайга.инфо выбрала самые яркие открытия в области генетики, борьбы с вредителями и новых аграрных технологий.
    1206
  • 19/09/2017

    Квантовые симуляторы: как ученые создают искусственные миры

    ​Представьте, что вы хотите рассмотреть быструю, но хрупкую бабочку. Пока она порхает, детально изучить ее довольно трудно, поэтому нужно взять ее в руки. Но как только она оказалась в ваших ладонях, крылышки смялись и потеряли цвет.
    1344
  • 24/06/2019

    В Сибири работают над электроникой будущего

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН создали самоорганизующийся шаблон из кремнезёма для прозрачных электродов на гибкой подложке, эффективный при разработке современных гибких дисплеев и светодиодов.
    612
  • 16/11/2018

    Красноярские ученые работают над улучшением применения фунгицида для зерна

    ​Группа ученых Сибирского федерального университета (СФУ) и Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук ведут работу над совершенствованием применения фунгицидов для борьбы с таким заболеванием зерна, как фузариоз, сообщили в пресс-службе СФУ.
    1253
  • 21/04/2017

    Красноярские физики получили нанодисперсные порошки для создания аккумуляторов водорода

    Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.
    1984