Влияние тонкой пленки льда 0 на диэлектрической подложке на прохождение излучения в оптическом, ИК и микроволновом диапазонах

В последние десятилетия в полярных районах в мезосфере все чаще образуются облака, которые наблюдаются перед восходом или после захода Солнца («серебристые облака»). Обращают на себя внимание необычные физические свойства серебристых облаков. Несмотря на то, что размеры ледяных частиц, их составляющих, весьма малы и составляют значения порядка десятков нанометров, а плотность в единице объема чрезвычайно мала, было обнаружено отражение от мезосферных облаков излучения низкочастотных радаров. Динамика мезосферных облаков вызывает большой интерес, так как её связывают с изменениями климата.
В работах (Bordonskiy et al., 2019, Бордонский и др., 2020б) высказывалось предположение, что отражательная способность серебристых облаков обусловлена образованием льда 0. Лед 0 – теоретически предсказанная (Russo et al., 2014) и обнаруженная экспериментально (Бордонский, Орлов, 2017, Бордонский и др., 2020а) сегнетоэлектрическая кристаллическая модификация льда. На контакте двух диэлектриков с большой разницей значений статической диэлектрической проницаемости, в данном случае льда 0 и пылевой частицы, и возникновением плазмонного резонанса (Борен, Хафмен, 1986), образуется нанометровый слой с высокой проводимостью (Korobeynikov et al., 2005). Ледяные частицы серебристых облаков благодаря этому слою приобретают свойства близкие к металлическим. Также в работе (Бордонский и др., 2020а) было обнаружено затухание излучения лазера, вызванное образованием льда 0 на диэлектрической подложке.
В настоящей работе с целью изучения спектральных особенностей поглощения электромагнитного излучения льдом 0 исследовалось прохождение через диэлектрическую пластинку с осажденным на ней льдом 0 излучения в оптическом, тепловом инфракрасном и миллиметровом диапазонах длин волн.
Для исследования пленки льда 0 в инфракрасном диапазоне использована установка, в которой излучение генерируется галогеновой лампой, а прием осуществляется ИК радиометром. Для проведения экспериментов использовалась схема аналогичная предложенной в работе (Орлов, Цыренжапов, 2021), позволяющая проводить эксперименты одновременно в двух диапазонах: оптическом и инфракрасном. Также в модернизированной схеме исследования проводились в оптическом и микроволновом диапазонах. В этом случае оптическое излучение лазера и излучение микроволнового генератора на частоте 94 ГГц после прохождения через образец принимались фотодетектором и СВЧ-детектором, к каждому из которых подключался синхродетектор для повышения чувствительности приёмников.
Эксперименты проводились при охлаждении до ~–100 °C образцов из различных диэлектрических материалов (кварцевое стекло, слюда, NaCl). При нагревании образцов после охлаждения, наблюдали уменьшение интенсивности излучения, проходящего через подложку с осаждающимся на ней льдом. Падение мощности прошедшего через образец излучения наблюдали до температур –30…–23 °C, где находится точка фазового перехода льда 0 в лед Ih. Как и в случае с лазером при разрушении льда 0 интенсивность проходящего излучения в ИК-диапазоне, а в некоторых случаях и на частоте 94 ГГц, выше температуры –23 °C увеличивалась практически до значений в начале экспериментов. Кроме того были проведены эксперименты по осаждению пленки льда 0 на поверхности пластинки из льда Ih с целью проверки возможного подавления образования льда 0 уже существующими кристаллами гексагонального льда. Эти эксперименты показали, что образование льда 0 при конденсации водяного пара на поверхности кристаллов из льда Ih приводит к сильному поглощению и рассеянию электромагнитного излучения видимого диапазона. В ИК-диапазоне эксперимент не проводился в виду непрозрачности в нём льда Ih.
Полученный результат может представлять интерес для исследования новой кристаллической модификации льда и определения её физических свойств. Обнаружение затухания, вызванного льдом 0 на поверхности льда Ih, представляет интерес для изучения особенностей распространения электромагнитного излучения в атмосфере.