Ученые ТПУ впервые сфокусировали плазмоны в нанострую

Исследователи Томского политехнического университета совместно с российскими и датскими коллегами впервые смогли экспериментально подтвердить ранее предсказанный эффект плазмонной наноструи (plasmonic nanojet). Результаты работы опубликованы в научном журнале Optics Letters.

В ходе эксперимента ученые смогли сфокусировать поверхностные плазмонные волны в очень узкую струю и зафиксировать этот эффект с помощью микроскопа. В перспективе технология может приблизить создание оптических компьютеров, где информация будет передаваться не электрическим током, а светом.

Во многих странах ведутся разработки вычислительной техники на основе оптического излучения. Предполагается, что такие компьютеры смогут работать значительно быстрее современных электронных систем. Однако одной из главных проблем остается миниатюризация фотонных компонентов, поскольку их размеры пока больше, чем у электронных аналогов.

Руководитель проекта, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин, пояснил, что обычные логические элементы современных процессоров имеют размеры в десятки микрометров. Чтобы оптическая электроника стала конкурентоспособной, необходимо научиться сжимать свет до наномасштаба. Одним из способов решения этой задачи является использование поверхностных плазмон-поляритонов — особых электромагнитных волн, распространяющихся вдоль границы металла и воздуха или диэлектрика.

Во время экспериментов ученые использовали тонкую золотую пленку, на поверхности которой разместили квадратную диэлектрическую частицу размером 5×5 микрометров. Эта микрочастица выступила в роли микролинзы, позволив сфокусировать плазмоны в маленькой области и сформировать наноразмерную струю.

Наблюдать полученный эффект удалось с помощью микроскопа в Московском физико-техническом институте.

По словам исследователей, плазмонная наноструя отличается от фотонной тем, что она двумерная, тогда как фотонная струя является трёхмерной. Благодаря меньшим размерам такие структуры могут использоваться для создания более компактных устройств и локализации электромагнитного излучения в очень небольшой области.

Технология может найти применение в микроскопах сверхвысокого разрешения, биосенсорах и биологических исследованиях, где требуется точное управление молекулами. Ученые отмечают, что опубликованные результаты — лишь первый этап серии экспериментов, посвященных изучению этого эффекта.

В исследовании также участвовали специалисты Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники РАН, МФТИ, Томского государственного университета и Датского технического университета. Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований.