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.
    1586
  • 30/12/2020

    Топ-30 разработок сибирских ученых в 2020 году

    ​На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-30 сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2020 года, размещенных на нашем сайте.
    6532
  • 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.
    1786
  • 16/02/2021

    Ключевые результаты в сфере науки Алтайского края в 2020 году

    Научный комплекс Алтайского края сегодня представлен 4 научно-исследовательскими институтами, в числе которых 2 учреждения Сибирского отделения Российской академии наук и Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий.
    2048
  • 03/06/2021

    Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее

    Российские ученые совместно с финскими коллегами усовершенствовали метод получения алмазных игл, что делает их более доступными для различных применений, включая квантово-оптические сенсоры. Новый способ использует синтез алмаза из смеси водорода и метана при активации газовой среды методом «горячей нити».
    1600
  • 25/09/2019

    Ученые ТГУ нашли новые пульсации в пламени «горелки» для тяжелого топлива

    Исследования нового устройства, созданного в Институте теплофизики Сибирского отделения Российской академии наук и предназначенного для бессажевого сжигания тяжёлого углеводородного топлива с паровой газификацией, провели на механико-математическом факультете.
    1766
  • 26/04/2021

    Иркутская TAIGA проверит физику на прочность

    ​На астрофизическом полигоне Иркутского государственного университета завершено создание пилотного комплекса гамма-обсерватории TAIGA. Эта уникальная установка — один из крупнейших и наиболее чувствительных инструментов в мире для решения задач в области астрофизики высоких энергий — возможно, станет началом Новой физики, находящейся за пределами Стандартной модели​.
    656
  • 06/07/2021

    День рождения академика Иосифа Гительзона

    Исполнилось 93 года выдающемуся биофизику Иосифу Исаевичу Гительзону. Всемирно известный ученый, член Международной академии астронавтики внес неоценимый вклад в развитие биофизики.И в нашей стране, и за рубежом известны и признаны работы советника РАН, академика Гительзона по биофизическим методам анализа эритроцитарных популяций и регуляции системы крови, управлению биосинтезом микробных популяций и замкнутым экологическим системам жизнеобеспечения человека, биофизическому мониторингу природной среды и методам биолюминесцентного анализа.
    538
  • 16/05/2017

    Ученые СФУ разработали наиболее эффективный материал для аккумулирования водорода

    Красноярские ученые получили новый материал для хранения водорода, сообщила пресс-служба Сибирского федерального университета (СФУ). Материал на основе гидрида магния может хранить массу водорода, составляющую около 7% его собственной массы, и это рекордное значение емкости для всех аналогичных материалов.
    2230
  • 23/11/2020

    Изучены свойства и способы синтеза наночастиц оксида никеля

    Р​оссийские ученые показали эффективность синтеза наночастиц оксида никеля в кислородной плазме дугового разряда низкого давления. Такой способ получения позволит управлять магнитными свойствами наночастиц, которые делают их подходящими для использования в устройствах компьютерной памяти и записи сигналов.
    895