Rezonanse o ultrawysokim Q na metapowierzchni

Naukowcy zademonstrowali rezonanse o ultrawysokim Q na metapowierzchni (sztucznie ustrukturyzowanej) i składającej się z szeregu nanocząstek metalu osadzonych w płaskim szklanym podłożu. Jak się okazało, rezonanse te można wykorzystać do efektywnego manipulowania światłem i zwiększonej interakcji na polu światło - materia, pokazując tym samym, że metale są w fotonice przydatne.

We wcześniejszych pracach naukowcy próbowali złagodzić niekorzystny wpływ strat, aby uzyskać dostęp do korzystnych właściwości macierzy nanocząstek metali, jednak ich próby nie przyniosły znaczej poprawy współczynników jakości rezonansów macierzy. Z tego względu postarali się wdrożyć kombinację technik zamiast jednego podejścia i w ten sposób uzyskali poprawę rzędu wielkości, demonstrując matrycę nanocząstek metalu (metapowierzchnia) o rekordowo wysokim współczynniku jakości.

Zdaniem naukowców strukturyzowane powierzchnie - zwane również metapowierzchniami - mają bardzo obiecujące perspektywy w różnych zastosowaniach nanofotonicznych, których nie można zbadać przy użyciu tradycyjnych naturalnych materiałów sypkich, a czujniki, nanolasery, kształtowanie wiązki światła i sterowanie to tylko kilka przykładów wielu zastosowań.

Zalety metapowierzchni wykonanych z nanocząsteczek metali szlachetnych

Ponadto metapowierzchnie wykonane z nanocząstek metali szlachetnych - na przykład złota lub srebra - mają pewne wyjątkowe zalety w porównaniu z nanocząsteczkami niemetalicznymi. Mogą ograniczać i kontrolować światło w nanoskali, która jest mniejsza niż jedna czwarta długości fali światła (poniżej 100 nm, podczas gdy szerokość włosa przekracza 10 000 nm).

Na dodatek w przeciwieństwie do nanocząstek niemetalicznych światło nie jest zamknięte ani uwięzione wewnątrz nanocząstek metalu, ale jest skoncentrowane blisko ich powierzchni, a zjawisko to jest naukowo nazywane „zlokalizowanymi powierzchniowymi rezonansami plazmonowymi (LSPR). Cecha ta daje dużą przewagę nanocząsteczkom metali w porównaniu z ich odpowiednikami dielektrycznymi.

Takie rezonanse powierzchniowe można by wykorzystać do wykrywania organizmów biologicznych lub cząsteczek w medycynie lub chemii. Mogą być również wykorzystane jako mechanizm sprzężenia zwrotnego niezbędny do wzmocnienia lasera. W ten sposób można zrealizować maleńki laser w nanoskali, a także wdrożyć zastosowania w wielu działaniach nanofotonicznych, takich jak detekcja światła i odległość (LiDAR), np. do wykrywania obiektów w polu dalekim.

Źródło: Nature Communications