ディアコノフ表面波

ディアコノフ表面波（DSW）は、等方性媒体と一軸複屈折媒体との間の界面に沿って伝わる表面電磁波である。これらは、1988年にロシアの物理学者ミハイル・ディアコノフによって理論的に予測された。^[1]他の種類の音響表面波や電磁表面波とは異なり、DSWの存在は、界面を形成する材料の対称性の違いによるものである。彼は、等方性伝送媒体と異方性一軸結晶との間の界面を考慮し、特定の条件下では界面に局在する波が存在するはずであることを示した。後に、異なる方向を持つ2つの同一の一軸結晶間の界面に同様の波が存在することが予測された。^[2] これまでに知られていた電磁表面波である表面プラズモンと表面プラズモンポラリトンは、界面を形成する材料の1つの誘電率が負で、もう1つの誘電率が正であるという条件下で存在する（たとえば、プラズマ周波数​​以下の空気/金属界面がこれに該当する）。対照的に、DSW は両方の材料が透明な場合に伝播できるため、実質的に損失がなく、これが DSW の最も魅力的な特性です。

近年、DSWの重要性と可能性は多くの研究者の注目を集めています。2つのパートナー材料の一方または両方の構成特性が、たとえば化学物質や生物学的因子の浸透などにより変化すると、波の特性が測定可能なほど変化する可能性があります。その結果、集積光学、化学および生物学的表面センシングなどのデバイスを含む、多数の潜在的な用途が想定されています。^[3] しかし、DSWに必要な条件を満たすことは容易ではなく、このため、DSWの最初の原理実証実験観測^[4] が報告されたのは、最初の予測からわずか20年後でした。

この現象のさまざまな側面を扱った理論研究が多数発表されています。詳細なレビューを参照してください。^[5]特に、磁気界面、^[6]左手系材料、^[7]電気光学材料、^{[8] [9]}およびキラル材料^[10]での DSW伝播が研究されました。プリズムを使用した構造における DSW による共鳴透過が予測され、^{[11] DSW と表面プラズモン (ディアコノフ プラズモン) [12] [13] [14]}の組み合わせと相互作用が研究され、観察されました。^{[15] [16]}

文献 1 で検討されている最も単純な構成は、誘電率εの等方性材料と、常波および異常波の誘電率がそれぞれε ₀およびε _eである一軸結晶との界面から構成されます。結晶のC軸は界面に平行です。この構成では、 ε _e > ε > ε ₀の条件が満たされていれば、 DSW はC軸に対して特定の角度間隔内で界面に沿って伝播できます。したがって、DSW は正の複屈折結晶 ( ε _e > ε ₀ )との界面によってのみサポートされます。角度間隔は、パラメーターによって定義されます。

${\displaystyle \eta ={\frac {\epsilon _{e}}{\epsilon _{0}}}-1}$。

DSW位相速度と群速度（Δθ _phとΔθ _gr）の角度間隔は異なります。位相速度間隔はη ²に比例し、最も複屈折の強い天然結晶でさえ非常に狭く、Δθ _ph ≈ 1°（ルチル）およびΔθ _ph ≈ 4°（カロメル）です。^[17]しかし、物理的により重要な群速度間隔は大幅に大きくなります（ ηに比例）。計算によると、ルチルではΔθ _gr ≈ 7°、カロメルでは Δθ _gr ≈ 20°となります。

DSW材料システムに関する広範な実験的研究と関連する実用デバイスの進化は、DSW伝播を成功させるために必要な厳しい異方性条件、特に構成材料の少なくとも1つに高い複屈折性があることと、この要件を満たす天然材料の数が限られていることなどにより、大きく制限されてきました。しかし、人工的に設計された新しいメタマテリアル^[18]と革新的な材料合成技術 により、この状況は変わりつつあります。

DSWは異方性、ひいては応力に対して極めて敏感であり、低損失（長距離）特性と相まって、次世代の高速変換および読み出し技術のための高感度触覚および超音波センシングを可能にするのに特に魅力的である。さらに、DSWのユニークな方向性は光信号のステアリングに使用できる。^[19]

• ディアコノフ・フォークト波
• 表面波
• リーキーモード^[20]