Lisää puhtia nanofotoniikalle

Ottawan yliopiston tutkijat ovat kumonneet vanhan myytin siitä, että metallit ovat hyödyttömiä fotoniikassa.

"Rikoimme tietyn metallisten nanohiukkasten periodellisen ryhmän resonanssin laatutekijän (Q-tekijän) ennätyksen yhdellä suuruusluokalla verrattuna aiempiin raportteihin", kertoo tri Ksenia Dolgaleva.

”On hyvin tiedossa, että metallit ovat erittäin häviöllisiä, kun ne ovat vuorovaikutuksessa valon kanssa, mikä tarkoittaa, että ne aiheuttavat sähköenergian haihtumisen.

Osoitimme erittäin korkean Q-resonanssin metapinnassa, joka koostui joukosta metallisia nanohiukkasia, jotka oli upotettu lasialustan sisään. Näitä resonansseja voidaan käyttää tehokkaaseen valon manipulointiin ja tehostettuun valo-aine vuorovaikutukseen osoittaen, että metallit ovat hyödyllisiä fotoniikassa."

Tutkijoiden mukaan strukturoiduilla pinnoilla on erittäin lupaavia näkymiä erilaisissa nanofotonisissa sovelluksissa, joita ei voida koskaan tutkia perinteisillä luonnonmateriaaleilla. Anturit, nanolaserit, valonsäteen muotoilu ja ohjaus ovat vain muutamia esimerkkejä monista sovelluksista.

"Mielenkiintoista on, että toisin kuin ei-metallisilla nanohiukkasilla, valo ei ole suljettu tai ansoittunut metallin nanohiukkasten sisään, vaan keskittyy lähelle niiden pintaa. Tätä ilmiötä kutsutaan tieteellisesti 'lokalisoiduksi pinta plasmoniresonanssiksi' (LSPR).

Tämä ominaisuus antaa metallien nanohiukkasille paremmuuden verrattuna dielektrisiin vastineisiin, koska näitä pintaresonansseja voitaisiin hyödyntää havaitsemaan bio-organismeja tai molekyylejä lääketieteessä tai kemiassa. Tällaisia pinnan resonansseja voitaisiin käyttää myös takaisinkytkentämekanismina, jota tarvitaan laservahvistuksessa.

"Tutkimuksemme osoitti, että olemme vielä kaukana metallisten (plasmonisten) nanorakenteiden kaikista piilotetuista mysteereistä", totesi metapintanäytteen valmistanut Orad Reshef.”

Rice yliopiston fyysikot törmäsivät ilmiöön, joka nostaa nanoskaalaisen rakenteen valotuottoa yli tuhat kertaa suuremmaksi kuin he odottivat. Kun tarkastellaan plasmonisen liitoksen, mikroskooppisen aukon kahden kultaisen nanojohteen välistä tulevaa valoa, on olosuhteita, joissa optisen tai sähköenergian käyttäminen yksinään aiheutti vain vaatimattoman määrän valoa. Molempien yhdessä soveltaminen aiheutti kuitenkin valopurskeen, joka ylitti kummankin yksittäisen ärsykkeen vaikutuksen tuoton.

Sähkövirta ja laservalo yhdistyvät kultaisella nanoraolla saadakseen dramaattisen valopurkauksen. Ilmiö voi olla hyödyllinen nanofotonikytkimille tietokoneen siruilla ja edistyneille fotokatalyyteille.

"Se on siistiä, että voit periaatteessa kytkeä sisään tulevan sähkösyötön ja valon tekemään kaikenlaisia asioita", Douglas Natelson sanoo. "Jos kuumien kantajien kuva on oikea, on mahdollista tehdä mielenkiintoista kemiaa."

Aiheesta aiemmin:

Vallankumous fotoniikassa

Valon ohjausta atomien mitoissa

Yhdistelmä spintroniikkaa ja nanofotoniikkaa