Nanorakenteinen laite pysäyttää valon radallaan

Kun laservalo osuu nanoantennien kärkiin muodostuvat attosekuntiset elektronisalamat joita käytetään sitten heikkojen valokenttien seurantaan.

Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) tutkijat ovat kehittäneet mikrokokoisen rakenteen sähkökentän aaltomuotojen havaitsemiseksi attosekuntien tarkkuudella.

Ymmärtää, kuinka valoaallot värähtelevät ajan suhteen kun ne ovat vuorovaikutuksessa materiaalien kanssa, on välttämätöntä valon ohjaaman energiansiirron ymmärtämiseksi materiaaleissa, kuten aurinkokennoissa tai kasveissa.

Valoaaltojen värähtelyjen suurten nopeuksien vuoksi tutkijoilla ei vielä ole oikein ollut kompaktia laitetta, jolla olisi riittävä aikaresoluutio niiden sieppaamiseksi suoraan.

Nyt MIT:n tutkijoiden johtama ryhmä on osoittanut sirumittakaavan rakenteita, jotka voivat suoraan jäljittää valoaaltojen heikon sähkökentän, kun ne muuttuvat ajassa. Kehitetyssä mikrorakenteessa käytetään lyhyitä laserpulsseja ja nanomittakaavan antenneja ja se on helppokäyttöinen, eikä vaadi erityistä toimintaympäristöä.

Tiimin työ voi mahdollistaa uusia välineitä optisiin mittauksiin sellaisissa sovelluksissa kuten biologian, lääketieteen, elintarviketurvallisuuden, kaasun tunnistuksen ja lääkekehityksen parissa.

"Tämän tekniikan potentiaalisia sovelluksia on monia", kertoo ryhmän vetäjä Phillip Donnie Keathley. "Esimerkiksi näiden optisten näytteenottolaitteiden avulla tutkijat pystyvät ymmärtämään paremmin kasvien ja aurinkosähkön optiset absorptioreitit tai tunnistamaan paremmin molekyylimerkinnät monimutkaisissa biologisissa järjestelmissä."

MIT:n ja Deutsches Elektronen-Synchrotronin (DESY) tutkimusryhmät suunnittelivat mikrorakenteen, joka käyttää lyhyitä laserpulsseja luomaan erittäin nopeita elektronisia välähdyksiä nanomittakaavan antennien kärjissä. Nanomittakaavan antennit on suunniteltu vahvistamaan lyhyen laserpulssin kenttää siihen pisteeseen asti, että ne ovat riittävän vahvoja irrottamaan elektroneja antennista, mikä luo elektronisen salaman, joka kerrostuu nopeasti keräyselektrodiin. Nämä elektroniset salamat ovat erittäin lyhyitä, kestävät vain muutaman sadan attosekunnin ajan.

Näitä nopeita välähdyksiä käyttäen tutkijat pystyivät ottamaan otoksia paljon heikommista valoaaltojen oskillaatioista niiden läpäistessä sirun.

Tutkijoiden mukaan kyky mitata suoraan valoaaltoja ajan suhteen hyödyttää sekä tiedettä että teollisuutta. Kun valo on vuorovaikutuksessa materiaalien kanssa, sen aallot muuttuvat ajan suhteen, jolloin molekyylien ilmiöt jäävät näkemättä. Tämä optisen kentän näytteenottotekniikka lupailee kaapata nämä ilmiöt entistä tarkemmin ja herkemmin kuin aikaisemmat menetelmät ja hyödyntää tosiasiallisten sovellusten edellyttämää kompaktia ja integroitavaa tekniikkaa.

Aiheesta aiemmin:

Tarkempia mittauksia mutkan kautta

Uusia ovia nanofotoniikan maailmaan