Наноразмерный процессор управляет светом с помощью света
 Схематическое изображение созданной наноструктуры и принципа ее действия. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Наноплазмоника – новая и весьма перспективная область изучения отдельных металлических наноструктур, которые могут быть в будущем использованы для изготовления крошечных оптоэлектронных устройств. Металлические наночастицы сильно взаимодействуют со светом за счет так называемых локализованных поверхностных плазмонов, квазичастиц, представляющих собой коллективные колебания электронов на поверхности металла.
В рамках данного научного направления работают десятки групп по всему миру. Одна из них – из Rice University (США) – занималась изучением кластера из 13 плотно упакованных нанодисков золота (ширина которых составляла 120 нм, а толщина – 50 нм). Объекты в созданной ими структуре были разделены промежутками в 18 нм и расположены полукругом на прозрачной подложке, созданной на основе кремния.
По задумке ученых реализованная ими структура повышает интенсивность нелинейных оптических эффектов. Как правило, в «классической» среде пересекающиеся лучи света не взаимодействуют друг с другом. Однако, ситуация изменяется, если лучи распространяются в нелинейной среде с электромагнитными свойствами, позволяющими «включить» взаимодействие между световыми пучками.
В созданном учеными устройстве нелинейные эффекты усиливаются путем создания интенсивных электрических полей в зазорах между нанодисками, внутри которых возникли так называемые резонансы Фано. Эти резонансы позволили использовать в работе устройства обычно достаточно слабые нелинейные эффекты, к примеру, четырехволновое смещение – известное явление нелинейной оптики, в рамках которого взаимодействие волн с двумя различными длинами приводит к образованию двух новых сигналов (с частотами, отличных от первоначальных). Иными словами, явление позволяет контролировать свет при помощи света. А эффективность этого контроля как раз достигается за счет когерентных резонансов Фано.
Описанные эффекты легли в основу нового оптического процессора. Как считают ученые, разработанное ими устройство имеет гораздо более высокую эффективность цветового преобразования, нежели аналогичные известные на сегодня диэлектрические и нелинейные оптические кристаллы.
Стоит отметить, что методики численных расчетов, а также вариация методики электронно-лучевой литографии, применявшаяся учеными для создания своего нелинейного оптического устройства, могут быть легко применены к широкому спектру аналогичных работ, в том числе, к созданию нелинейных оптических материалов, позволяющих смешивать лучи света и создавать «новые» цвета. При этом нанокластеры, составляющие устройство, могут использоваться в качестве строительных блоков для более сложных, но при этом высокоэффективных «цепей» оптической обработки информации.
Группа ученых отмечает, что будущем планируется расширять спектр разрабатываемых нелинейных оптических устройств. Подробные результаты их работы были опубликованы в PNAS.
Также по теме:
- «Наносеть» блокирует свет
- Покрытие из новых двумерных кристаллов позволяет легко получать электроэнергию
- Рассеивающие свет нанопровода помогут улучшить характеристики светодиодов
- Получены первые данные по световому излучению MoS2
- Синий свет способен противостоять развитию инфекций кожи и мягких тканей
Источники: