Российские физики
использовали полностью оптический способ структурирования вещества в
наноразмерном масштабе. Они применили сфокусированные лазерные импульсы
кольцевой формы и создали в тонкой золотой пленке параболические наноантенны и
их массивы. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда.
Результаты опубликованы в журнале Optics
Letters.
Пространственно модулированные, так называемые
структурированные, лазерные лучи становятся универсальными оптическими
инструментами в современной нанофотонике. Ее цель — изучение физических
процессов взаимодействия световых полей и нанометровых объектов, согласованных
по симметрии, масштабам и оптическому спектру. Полностью оптические способы
преобразования лазерного луча используют для сложного структурирования,
зондирования и возбуждения простого вещества в наноразмерном масштабе. Результаты исследования можно использовать при создании
плазмонных наносенсоров, распознающих различные биологические и химические вещества,
в том числе вредные или опасные.
Ученые структурировали тонкую пленку из золота
низкоэнергетическими фемтосекундными лазерными импульсами кольцевой формы.
Изменение их энергии гибко управляет процессом. С помощью остросфокусированных
пространственно-структурированных импульсов в пленке создают отверстия
(«плазмонный отражатель») с золотыми нанодисками («плазмонными антеннами»)
внутри. В результате получаются «параболические» наноантенны. Сверху на них
нанесли монослой красителя, способного фотолюминесцировать – светиться при
воздействии на него света разных длин волн. Физики приложили к получившимся наноантеннам оптическое поле с
согласованными размерами луча, неоднородными
поляризацией (ориентацией векторов напряженности электрического и магнитного полей)
и спектром. В результате происходит ультранизкоэнергетическое плазмонное
возбуждение свечения в слое красителя, не сопровождающееся испарением из него
жидкости. Ученые использовали плазмонные моды (особый вид колебаний) пленки,
которые отверстие-отражатель собирает на плазмонный диск-антенну, возбуждающий
люминесценцию. Оптическое поле лазерного излучения на нанодиске-антенне
многократно усиливалось фокусированными плазмонными полями колебаний электронов
с той же частотой в золотой пленке.
«Мы продемонстрировали замечательную возможность применения
полностью оптического подхода для структурирования вещества в наномасштабе и
эффективного плазмонного нанозондирования. Результат показывает новые
возможности, которые открывает усиливающий эффект взаимодействия
структурированного света и структурированного вещества», — поясняет Светлана
Хонина, профессор кафедры технической кибернетики и ведущий научный сотрудник
научно-исследовательской лаборатории автоматизированных систем научных
исследований Самарского национального исследовательского университета имени
академика С. П. Королева, главный научный сотрудник Института систем обработки
изображений РАН.
В работе принимали участие физики Физического института
имени П. Н. Лебедева РАН (Москва), Санкт-Петербургского национального
исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики,
Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П.
Королева, Института систем обработки изображений федерального
научно-исследовательского центра «Кристаллография и фотоника» РАН (Самара),
Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (Москва),
Института автоматизации и управления процессами ДВО РАН (Владивосток), Школы
естественных наук Дальневосточного федерального университета (Владивосток).
Картинка: изображения (полученные
сканирующим электронным микроскопом) структурированных массивов микроотверстий
с наночастицами в центре, образующиеся при увеличении энергии импульса.
Источник: Светлана Хонина