Сотрудники Отделения квантовой радиофизики Физического института им. П. Н. Лебедева РАН открыли квадратичный электрооптический эффект в наноструктурированных диэлектрических средах.

Электрооптическим эффектом традиционно называют изменение показателя преломления (или двулучепреломления) вещества под действием электрического поля. Если показатель варьируется пропорционально первой степени напряжённости внешнего поля, явление классифицируют как линейное, а когда речь заходит о квадратичном эффекте, подразумевается, естественно, зависимость от второй степени напряжённости.

Линейный электрооптический эффект Поккельса до недавнего времени наблюдался только в твёрдых кристаллах, не имеющих центра симметрии. К этой группе относятся сегнетоэлектрики (диэлектрики, в определённом диапазоне температур обладающие спонтанной поляризацией, изменяемой под влиянием внешнего поля) вроде ниобата лития LiNbO 3 или танталата лития LiTaO 3 . Квадратичный эффект Керра характерен, напротив, для кристаллов, имеющих центр симметрии, а также для изотропных жидкостей: нитробензола, сероуглерода.

Макетный образец полноцветного дисплея (без матрицы цветных фильтров) на основе спиральной наноструктуры жидкокристаллического сегнетоэлектрика. Слева расположен беспроводной контроллер формирования изображения.

Российские физики в своих экспериментах впервые наблюдали «керроподобный» электрооптический отклик — явление электроуправляемой двуосной оптической анизотропии, квадратичной по электрическому полю, — в диэлектрической среде без центра симметрии. Роль такой среды сыграли спиральные наноструктуры жидкокристаллических сегнетоэлектриков (СНЖС), разработанные и созданные той же исследовательской группой из Отделения квантовой радиофизики. Коэффициент Керра, определяющий «силу» эффекта, у СНЖС на два порядка выше, а управляющее напряжение — на два порядка ниже, чем у нитробензола, который считается самым распространённым материалом с квадратичной электрооптической зависимостью.

«Уже сегодня СНЖС можно рассматривать как один из перспективных электрооптических компонентов для энергосберегающих полноцветных дисплеев, — комментирует руководитель работ Евгений Пожидаев. — Это обусловлено тем, что он имеет характерное время срабатывания в несколько десятков микросекунд при управляющих напряжениях, измеряемых единицами вольт, а электрооптический отклик не чувствителен к знаку приложенного напряжения. При определённых условиях в электрооптическом отклике СНЖС также не наблюдается гистерезис, что крайне важно для дисплеев и совершенно необычно для сегнетоэлектриков».

Прототип нового дисплея, показанный на фото выше, был сконструирован учёными из Физического института им. П. Н. Лебедева в сотрудничестве с коллегами из Гонконгского научно-технологического университета.