 Плазмоны представляют собой коллективные колебания электронов проводимости (которые слабо связаны с молекулами и атомами), проходящие по поверхности металлов при взаимодействии с фотонами. Например, плазмоны из наночастиц золота, серебра и других металлов взаимодействуют с фотонами видимого света, чтобы создать яркие цвета, отображаемые витражами - подобная технология насчитывает более 1000 лет. Но у плазмонов также есть высокотехнологичные применения. Фактически уже существует новая технология – плазмоника, которая открывает большие перспективы для сверхбыстрых компьютеров и оптической микроскопии.
В центре высокотехнологичных применений плазмонов лежит их уникальная способность ограничения энергии фотона в пространственном измерении, имеющем меньший размер, чем длина волны фотона. Команда исследователей Лаборатории Беркли, породила и обнаружила плазмоны, которые имеют один из самых сильных факторов удержания: длина волны плазмона составляет только одну сотую свободного пространства длина волны фотона.
Сосредоточив инфракрасный свет на кончике атомно-силового микроскоп, исследователи смогли наблюдать плазмоны «латтинжеровской-жидкости» в металлических однослойных нанотрубках. Латтинжеровская жидкость - это теория, которая описывает поток электронов через одномерные объекты, таких как однослойные нанотрубки (ОНТ), подобно тому, как теория ферми-жидкости описывает поток электронов через большинство двухмерных и трехмерных металлов.
Удивительным является сам факт наблюдения плазмонов в индивидуальной нанотрубке, одномерного объекта диаметром в один нанометр. Использование оптической микроскопии сканирующего рассеяния ближнего поля оптической позволяет ученым изучать физику латтинжеровской жидкости и исследовать новые плазмонные устройства с необычайным субволновым заключением. Их наблюдения содержать большие перспективы для новых плазмонных и нанофотонных устройств в широком диапазоне частот, в том числе телекоммуникационных длин волн.
Несмотря на огромный потенциал плазмонов для интеграции наноразмерной фотоники и электроники, разработка нанофотонных схем, основанных на классических плазмонах, значительно затруднена из-за сложности в достижении широкополосных плазмонных волноводах, которые одновременно демонстрируют сильное пространственное заключение, высокий коэффициент качества и низкую дисперсию. Наблюдения Ванга и его коллег показали, что плазмоны одномерных проводящих электронов в одностенных углеродных нанотрубках ведет себя совсем по-другому в отличие от классических плазмонов.
Плазмоны латтинжеровской жидкости одностенных углеродных нанотрубках распространяться по скоростям, которые не зависят от концентрации носителей или длины волны возбуждения, и одновременно проявляют необыкновенное пространственное заключение, высокий коэффициент качества и низкую дисперсию. Обычно, чтобы эффективно манипулировать фотонным устройством, требуется более меньшая длина волны света, чем устройство. Сосредоточив фотонную энергию на глубоких субволновых масштабах, плазмоны эффективно уменьшают длину волны света. Это должно обеспечить миниатюризацию фотонных устройств вплоть до нанометрового масштаба.
Прямое наблюдение латтинжеровски-жидких плазмонов открывает новые захватывающие возможности. Например, в настоящее время эти плазмоны исследуются в длинах волн, наиболее широко используемых в фотонике и интегральной оптики. Ученые также изучают манипуляцию свойств этих плазмонов через электростатическое стробирование, механическую деформацию и внешние магнитные поля.
|
