Поляризационная селективность двойной ДНК-подобной спирали как элемента метаматериалов и метаповерхностей

Посредством моделирования подтверждена поляризационная селективность двойной ДНК-подобной спирали относительно волн с левой и правой циркулярной поляризацией при резонансе, характерном для периодической структуры. В качестве примера рассмотрены спирали различной длины, состоящие из двух с половиной и двадцати с половиной витков, при этом длина волны падающего поля приблизительно равна длине витка спирали. Эффект состоит в кардинально различной способности двойной ДНК-подобной спирали отражать волны с правой или левой циркулярной поляризацией при рассматриваемом резонансе. Преобладающую интенсивность имеет отраженная волна с таким направлением циркулярной поляризации, при котором электрический вектор закручен в пространстве в противоположном направлении относительно двойной спирали. На основе двойной ДНК-подобной спирали может быть создан поляризатор электромагнитных волн, преобразующий падающую линейно поляризованную волну в отраженную волну с циркулярной поляризацией. Рассчитаны электромагнитные силы взаимодействия между спиральными нитями при трех состояниях поляризации падающей волны, чем также подтверждается поляризационная селективность двойной ДНК-подобной спирали как элемента метаматериалов и как объекта с большими возможностями использования в оптике.

1. V. S. Asadchy, A. Díaz-Rubio, S. A. Tretyakov. Nanophotonics, 7, N 6 (2018) 1069—1094, doi: 10.1515/nanoph-2017-0132

2. V. S. Asadchy, M. Albooyeh, S. N. Tcvetkova, A. Díaz-Rubio, Y. Ra’di, S. A. Tretyakov. Phys. Rev. B, 94 (2018) 075142

3. Проблемы современной оптики и спектроскопии, под ред. акад. АН БССР Б. И. Степанова и д-ра физ.-мат. наук А. А. Богуша, Минск, Наука и техника (1980) 173—186

4. Y. Li, J. Zhang, S. Qu, J. Wang, L. Zheng, Y. Pang, Z. Xu, A. Zhang. J. Appl. Phys., 117 (2015) 044501, doi: 10.1063/1.4906220

5. C. Wu, H. Li, X. Yu, F. Li, H. Chen, C. T. Chan. Phys. Rev. Lett., 107 (2011) 177401, doi: 10.1103/PhysRevLett.107.177401

6. J. K. Gansel, M. Thiel, M. S. Rill, M. Decker, K. Bade, V. Saile, G. von Freymann, S. Linden, M. Wegener. Science, 325, N 5947 (2009) 1513—1515, doi: 10.1126/science.1177031

7. J. Kaschke, L. Blume, L. Wu, M. Thiel, K. Bade, Z. Yang, M. Wegener. Adv. Opt. Mater., 3, N 10 (2015) 1411—1417, doi: 10.1002/adom.201500194

8. S. J. Li, Y. B. Li, H. Li, Z. X. Wang, C. Zhang, Z. X. Guo, R. Q. Li, X. Y. Cao, Q. Cheng, T. J. Cui. Ann. Phys., 532, N 5 (2020) 2000020, doi: 10.1002/andp.202000020

9. Z. Y. Li, S. J. Li, B. W. Han, G. S. Huang, Z. X. Guo, X. Y. Cao. Adv. Theory Simul., 4, N 8 (2021) 2100117, doi: 10.1002/adts.202100117

10. B. Han, S. Li, Z. Li, G. Huang, J. Tian, X.u Cao. Opt. Express, 29, N 13 (2021) 19643—19654, doi: 10.1364/OE.425787

11. J. D. Watson, F. H. C. Crick. Nature, 171 (1953) 737—738, doi: 10.1038/171737a0

12. J. D. Watson, T. A. Baker, S. P. Bell, A. A. F. Gann, M. Levine, R. M. Losick. Molecular Biology of the Gene, Pearson, London, UK (2013) 77—105

13. И. В. Семченко, С. А. Хахомов, А. П. Балмаков. Радиотехника и электроника, 52, № 9 (2007) 996—1001

14. И. В. Семченко, С. А. Хахомов, А. П. Балмаков. Биофизика, 55, № 2 (2010) 227—232

15. И. В. Семченко, С. А. Хахомов, А. П. Балмаков. Кристаллография, 55, № 6 (2010) 979—984

16. I. V. Semchenko, S. A. Khakhomov, A. P. Balmakov. Telecommun. Radio Eng., 70, N 20 (2011) 1871—1882, doi: 10.1615/TelecomRadEng.v70.i20.70

17. S. A. Khakhomov, I. V. Semchenko, A. P. Balmakou, M. Nagatsu. Proc. 6th Int. Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics — Metamaterials-2012, St.-Petersburg (2012) 309—311

18. И. В. Семченко, С. А. Хахомов. Электромагнитные волны в метаматериалах и спиральных структурах, Минск, Беларуская навука (2019) 219—245

19. M. Kerker, D. S. Wang, C. L. Giles. J. Opt. Soc. Am., 73 (1983) 765—767

20. A. Serdyukov, I. Semchenko, S. Tretyakov, A. Sihvola. Electromagnetics of Bi—Anisortropic Materials. Theory and Applications: Electrocomponent Science Monographs, Amsterdam, Gordon and Breach Science Publishers (2001) 245—249

21. I. V. Semchenko, I. S. Mikhalka, S. A. Khakhomov, A. L. Samofalov, A. P. Balmakou. Front. Nanotechnol., 4 (2022) 794213, doi: 0.3389/fnano.2022.794213

22. I. V. Semchenko, I. S. Mikhalka, I. A. Faniayeu, S. A. Khakhomov, A. P. Balmakou, S. A. Tretyakov. Photonics, 7, N 4 (2020) 83, doi: 10.3390/photonics7040083

23. И. В. Семченко, С. А. Хахомов, В. С. Асадчий, Е. В. Наумова, В. Я. Принц, С. В. Голод, А. Г. Милехин, А. М. Гончаренко, Г. В. Синицын. Кристаллография, 59, № 4 (2014) 544—550

24. I. V. Semchenko, S. A. Khakhomov, V. S. Asadchy, S. V. Golod, E. V. Naumova, V. Y. Prinz, A. M. Goncharenko, G. V. Sinitsyn, A.V. Lyakhnovich, V. L. Malevich. J. Appl. Phys., 121, N 1 (2017) 015108

25. N. C. Seeman. Ann. Rev. Biochem., 79 (2010) 65—87