ИСТИНА

Повышенное внимание современной науки направлено на метаматериалы, что связано с возможностью управления их оптическими свойствами с помощью изменения морфологии и химического состава структурных элементов из которых они состоят. Гиперболические метаматериалы перспективны для создания на их основе новых типов антенн электромагнитного излучения, сред с отрицательным показателем преломления, линз, позволяющих получать изображение нанообъектов с субдлинноволновым разрешением в оптическом диапазоне электромагнитного спектра, и высокочувствительных оптических сенсоров. Для получения метаматериалов с гиперболическим законом дисперсии необходимо ограничение свободного движения электронов в металле вдоль одной или двух координат, что реализуется, например, в массиве сонаправленных металлических наностержней в диэлектрической матрице. Целью данной работы стало получение прозрачных нанокомпозитов на основе металлических наностержней в диэлектрической матрице с точным контролем их геометрических параметров. В качестве диэлектрической матрицы в работе использовались пористые плёнки анодного оксида алюминия (АОА). В определённых условиях анодирования пористая структура АОА упорядочивается в гексагональную сетку, что обеспечивает узкое распределение каналов по размерам и высокую плотность пор. Матрицы толщиной 50 мкм получали в 0,3 М растворе щавелевой кислоты при напряжении 40 В и температуре электролита 20 °С. Увеличение температуры от 0 до 20 °С позволило уменьшить время формирования плёнок более чем в 4 раза, при том что степень упорядочения пористой структуры и прозрачность плёнок изменилась незначительно. Золотые и серебряные наностержни формировали в матрице АОА с помощью потенциостатического электроосаждения в трёхэлектродной электрохимической ячейке. В работе использовали коммерчески доступные электролиты 04-ЗГ (pH = 6) и 07-СГ (pH = 9) (Экомет, Россия), содержащие 10 г/л Au и 12 г/л Ag в виде цианидных комплексов, соответственно. Кулонометрический контроль позволил точно контролировать длину наностержней в широком диапазоне от 200 нм до 2 мкм. На спектре пропускания полученных нанокомпозитов наблюдаются два минимума, соответствующих возбуждению поперечного и продольного плазмонного резонанса в металлических наностержнях. Резонансное поглощение света в рамках гиперболического закона дисперсии связано с существованием особых точек на зависимости диэлектрической проницаемости от длины волны: ENP (epsilon near pole) и ENZ (epsilon near zero). При этом согласно теоретическим расчётам, положение точки ENP зависит от химического состава, но практически не зависит от геометрических параметров наностержней. Положением точки ENZ, напротив, можно управлять во всём оптическом диапазоне, изменяя степень геометрической анизотропии наностержней и объёмную долю металла в нанокомпозите. Однако при большой объёмной доле металла положение продольного резонанса слабо зависит от длины наностержней, что затрудняет контроль и управление оптическими свойствами. Таким образом необходима разработка метода получения нанокомпозитов с объёмной долей металла мéньшей, чем пористость матрицы. Рисунок 1. Спектры пропускания нанокомпозитов с различной объёмной долей металла. Для уменьшения объёмной доли металла часть каналов в матрице АОА была заблокирована с помощью увеличения напряжения от 40 В до Uверх в ходе формирования пористой плёнки. Увеличение напряжения анодирования приводит к остановке роста (тупикованию) значительной части пор. Доля тупиковых каналов зависит от Uверх, что при осаждении металла в верхнюю часть пористой плёнки позволяет точно контролировать объёмную долю металла. Уменьшение объёмной доли металла от 20% до 5% позволило перемещать длинноволновую резонансную моду во всём оптическом диапазоне электромагнитного спектра, а также в ближнем инфракрасном диапазоне (рис. 1).