Научный сотрудник Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ Заки Ибрахим в результате серии вычислительных исследований продемонстрировал, как универсальный математический подход может быть использован для проектирования устройств, управляющих волнами различной природы. Его исследования показывают, что концепции, заимствованные из фотоники и акустики, могут стать основой для создания нейтронной оптики нового поколения. Подробности можно найти на сайте ОИЯИ.
Под руководством Заки Ибрахима ученые из научных учреждений Египта, Саудовской Аравии и Марокко успешно применили модели многослойных тонкопленочных структур для решения различных задач. За последние четыре года исследователи разработали ряд инновационных решений, включая «умное» окно, предназначенное для энергосбережения в фотонике (опубликовано в Sci. Rep. 12, 2022), высокочувствительный биосенсор в фононике (Sci. Rep. 15, 2025) и эффективный спиновый фильтр для нейтронов (Plasmonics 20, 2025).
Недавняя работа, результаты которой были опубликованы в журнале Scientific Reports, сосредоточена на более сложной геометрической системе — акустическом волноводе с встроенными боковыми резонаторами. Особенностью этой разработки является то, что расположение резонаторов подчиняется не простой периодической закономерности, а более сложной апериодической последовательности Туэ-Морса. Моделирование показало, что такая структура способна создавать множественные, узкие и настраиваемые пики пропускания в области, где звуковые волны обычно запрещены.
Дальнейшее изучение этого свойства открывает перспективы для разработки высокоточных акустических фильтров, которые смогут избирательно пропускать несколько заданных частот одновременно. Хотя исследование сосредоточено на акустических системах, его результаты имеют значительное значение и для нейтронной физики. Математический аппарат, использованный для описания распространения звука в волноводе с резонаторами, аналогичен уравнениям, применяемым для транспорта нейтронов в канале с резонансными поглотителями.
«Наша работа демонстрирует, что волновые процессы в различных структурированных средах можно описывать и контролировать с помощью единого подхода. Эта универсальность имеет большое значение, поскольку она объединяет концепции из таких областей, как фотоника, фононика и других направлений физики волн. В конечном итоге это может способствовать разработке более эффективных сенсоров и устройств для практического применения», — отметил Заки Ибрахим, комментируя результаты исследования. Он также выразил благодарность ОИЯИ и Университету Бени-Суэйфи Академии научных исследований и технологий (ASRT) Египта за их постоянную поддержку.
Таким образом, работа ученых закладывает концептуальные основы для разработки инновационных нейтронно-оптических устройств. В будущем эта модель может быть использована для создания нейтроноводов, которые обеспечат беспрецедентную точность в спектральной и пространственной селекции нейтронных пучков. Подобные технологии способны значительно расширить возможности экспериментальных установок на импульсных источниках нейтронов, включая реактор ИБР-2 в Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ.
Иллюстрации различных исследуемых структур управления волнами включают: (A) модель многослойного «умного» окна, (B) модель многослойного биосенсора на основе фононных кристаллов, (C) модель многослойного спинового фильтра нейтронов и (D) волновод со встроенными боковыми резонаторами в последовательности Туэ-Морса.