Ученые Томского политехнического университета вместе с российскими и датскими коллегами впервые экспериментально подтвердили ранее предсказанный эффект «плазмонной наноструи» (plasmonic nanojet). С помощью простого метода им удалось сфокусировать поверхностные плзамонные волны в струю и зафиксировать это с помощью микроскопа. Эффект «сжатия» плазмонов в перспективе может помочь сделать оптическую электронику конкурентоспособной, в том числе приблизить создание оптического компьютера.

Ученые разных стран мира работают над созданием вычислительной техники, в основе которой лежит оптическое излучение, то есть для работы и передачи информации используется не электрический ток, а свет. Оптические компьютеры должны быть более быстрыми по сравнению с самыми скоростными машинами, которые существуют сегодня. Однако пока такие разработки остаются технологиями будущего. Одна из проблем — миниатюризация фотонных элементов: пока их габариты больше, чем у электронных аналогов.

«Логические элементы обычных современных процессоров имеют размеры в десятки микрометров. Оптическая электроника может стать конкурентоспособной, если удастся «сжать» свет до наномасштаба, — говорит руководитель проекта, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин. — Обойти это препятствие возможно, если перейти от фотонов к поверхностным плазмон-поляритонам — это особые электромагнитные волны, которые могут распространяться вдоль границы металла и воздуха или диэлектрика. Ранее мы теоретически предсказали возможность реализации эффекта плазмонной наноструи, сейчас удалось зафиксировать его экспериментально».

В экспериментах исследователи использовали тонкую пленку из золота. На ее поверхности разместили квадратную частицу из диэлектрического материала размером 5 на 5 микрометров для телекоммуникационной длины волны. Частица, изготовленная датскими учеными, и стала микролинзой, позволившей сфокусировать плазмоны в очень маленькой области в виде наноразмерной струи.

Зафиксировали плазмонную нанострую с помощью микроскопа в Московском физико-техническом институте. Результаты экспериментов представлены в журнале Optics Letters.

«Если струя из фотонов трехмерная (так называемая фотонная наноструя), то из плазмонов — двухмерная. Ее габариты меньше, а значит, в дальнейшем устройства, в которых может быть применен этот эффект, могут стать миниатюрнее, а локализовать электромагнитное излучение можно в очень маленькой области. Для получения «плазмонной наноструи» нужны только источник излучения на телекоммуникационной длине волны и прямоугольные микрочастицы диэлектрика. Простота получения локализованных плазмонных пучков расширяет возможности для их практического применения, например, в микроскопах со сверхразрешением, для создания биосенсоров и в биологических исследованиях, где требуется управление молекулами. Пока опубликован только первый из серии запланированных экспериментальных результатов», — отмечает Игорь Минин.

Исследование проводится в сотрудничестве с учеными из Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники РАН, Московского физико-технического института, Томского госуниверситета и Датского технического университета. Работа поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований.

источник