Плазмонные материалы могут использоваться для искусственной эмуляции цепких лап геккона
 Лапа геккона. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Предложенная исследователями из Великобритании техника работает за счет формирования плазмонов, представляющих собой квазичастицы, отражающие совместные квантовые колебания электронной плотности в проводнике, при помощи освещения от внешнего источника. Ранее уже было известно, что формирование плазмонов вызывает районирование проводника на области, имеющие положительный и отрицательный заряд. Если при этом рядом с такими областями будет располагаться другая поверхность, появится сила притяжения, удерживающая две поверхности вместе. Однако, если проводник, с которым ведется работа, представляет собой металлическую пленку, результирующая сила, удерживающая две поверхности вместе, является незначительной, соответственно, не может использоваться на практике.
Плазмоны можно создать не только в проводнике, но и в искусственных метаматериалах, сформированных из наноструктур с заданными электромагнитными свойствами. Такие материалы могут быть «настроены» на резонанс плазмонный при определенной частоте падающего света, что позволяет плазмонам получить гораздо больше энергии. Группа ученых из University of Southampton (Великобритания) предположила, что притяжение между двумя поверхностями в этом случае должно быть существенно выше. Основываясь на этом предположении, исследователи построили компьютерную модель эксперимента, чтобы проверить свои идеи.
Команда смоделировала двумерный плазмонный метаматериал, включающий в себя тонкий слой равномерно распределенных золотых структур, выступающих в роли резонаторов. Этот тип метаматериала достаточно распространен: он прост в изготовлении и отличается хорошо изученными свойствами. Исследователи моделировали поведение этого метаматериала, когда он находился на расстоянии нескольких десятков нанометров от поверхности обычного диэлектрика. Они наблюдали силы, возникающие в системе, если поверхность метаматериала освещается светом в «резонансном» спектральном диапазоне (с длиной волны порядка 1370 нм).
Симуляция показала, что при таком освещении эффект будет удерживать две поверхности вместе, иными словами, они будут подвержены силам притяжения. Этот результат не был неожиданным, но исследователей удивила величина этой силы. С какой бы стороны не освещался метаматериал (т.е. в какую бы сторону не была направлена сила светового давления), поверхности в приведенном вычислительном эксперименте притягивались. Расчеты показывают, что притягивающей силы достаточно, чтобы метаматериал мог преодолеть силу тяжести. Пример подобной структуры можно найти в природе: это лапы геккона, прилипающие к гладким поверхностям и отлипающие от нее, когда животному необходимо сделать шаг. «Включение» и «отключение» эффекта в случае с плазмонной структурой может обеспечиваться включением и выключением источника света.
В ближайшее время ученые планируют повторить эксперимент на практике, чтобы подтвердить результаты моделирования. Подробные результаты работы опубликованы на ресурсе arXiv.
Также по теме:
Источники: