Ученые из Томского политехнического университета совместно с российскими и датскими коллегами впервые экспериментально подтвердили существование двумерного искривленного пучка квазичастиц плазмонов — плазмонного крючка. Двумерный вариант крючка меньше трехмерного и обладает новыми свойствами, благодаря которым может стать перспективным передатчиком сигналов в высокоскоростных оптических микросхемах. Статья опубликована в журнале Applied Physics Letters.
В классических вычислительных устройствах информацию передают электроны. Их замена на фотоны позволит передавать данные буквально со скоростью света. Однако, чтобы микросхемы и компьютеры, работающие на оптическом принципе, вошли в массовое производство, необходимо найти способ «сжать» свет до наномасштаба. Поэтому ученые ищут новые виды искривленных волновых пучков, которые могут решить эту задачу.
Ранее команда исследователей из ТПУ совместно с коллегами из России и Дании смоделировали и экспериментально доказали существование фотонного, акустического крючка, а теперь и плазмонного. На сегодняшний день это самый перспективный кандидат для передачи сигнала. Длина волны плазмонов меньше, чем в свободном пространстве у трехмерного варианта, а область локализации излучения находится в нанодиапазоне.
Авторы статьи получили «плоский» плазмонный крючок с помощью простого и дешевого фокусирующего элемента, который представляет собой ассиметричную частицу из диэлектрика размером четыре — пять микрометров и толщиной около 0,25 микрометра. Эту частицу исследователи разместили на тонкую золотую пленку, на обратной стороне которой была нанесена дифракционная решетка. В ходе экспериментов на решетку направляли луч лазера. Под действием света очень близко от поверхности решетки свет преобразовывался в плазмонные волны. Эти волны, проходя через ассиметричную частицу диэлектрика, фокусировались в искривленный двумерный луч.
«Двумерный вариант луча мы получили именно за счет специальной формы диэлектрической частицы, — поясняет соавтор исследования, профессор ТПУ Игорь Минин. — Один из механизмов субволновой структурированной фокусировки основан на явлении плазмонной наноструи, которое нам удалось впервые экспериментально зафиксировать ранее. Когда мы переходим от свободного, трехмерного пространства к плазмонам-поляритонам, то есть в двумерное пространство, проявляется квантовая природа материи. Это позволяет реализовать принципиально новые возможности для управления взаимодействием между материей и светом, например для реализации методов биосенсинга, основанных на обнаружении в ближнем поле частиц микро- и наноразмеров, биомолекул. Конечно, пока рано говорить о практическом использовании результатов, это задача будущих исследований. Потому что пока любые изыскания и эксперименты по передаче сигналов на оптических принципах находятся в плоскости фундаментальной науки. Для создания, например, производительного оптического компьютера или даже эффективных микросхем ученым из разных областей предстоит преодолеть еще множество вызовов. На их преодоление может уйти 10-15 лет», — дополняет Минин .
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
