„Tumedad plasmonid“ edastavad energiat

Mikroskoopilistel kulla nanoosakestest kanalitel on võime edastada elektromagneetilist energiat, mis algab Rice’i Ülikooli teadlaste sõnul valgusena ning levib „tumedate plasmonite“ kaudu.

Ameerika Keemiaühingu teadusajakirjas Nano Letters hiljuti avaldatud artiklis näidatakse, kuidas isegi korratuid, vaid 150-nanomeetri jämedustes rivides olevad nanoosakeste kogumikke on võimalik muuta lainejuhtideks. Need võivad edastada signaale mitme suurusjärgu võrra paremini kui oldi eelnevate eksperimentide käigus võimelised. Tõhus energiaülekanne mikromeetri skaalas võib suuresti parendada optoelektroonilisi seadmeid, kirjutab Physorg.com.

Professor Stephan Linki juhtimisel arendati Rice’i Ülikooli laboris meetod, kuidas „printida“ klaasile peenikesi kulla nanoosakestest triipe. Need jooned võivad edasi kanda signaale ühelt nanoosakeselt järgmisele üle mitme mikroni – palju kaugemale kui see on eelmiste katsete käigus õnnestunud. See ülekanne on laias laastus võrdeline kullast nanojuhtmetega tehtud katsete tulemustega.

Link väidab, et keerukaid lainejuhi geomeetriaid on palju lihtsam toota nanoosakestest koosnevatest ahelatest. Ta kasutas oma meeskonnaga elektronkiirt, et lõigata üliväikeseid kanaleid klaasist alusmaterjalil. Nii anti nanoosakestest joontele kuju. Kullast nanoosakesed viidi kanalitesse kapillaarjõudude abil. Ülejäänud polümeer ja üksikud uit-nanoosakesed uhuti minema, kuid jooned säilisid nii, et osakesed olid teineteisest vaid mõne nanomeetri kaugusel.

Plasmonid on elektronide lained, mis liiguvad üle metalli pinna juskui üle väreleva tiigivee. Häirimist võib põhjustada väline elektromagneetiline allikas, näiteks valgus. Lähedalasuvad nanoosakesed paarduvad omavahel kohas, kus nende elektromagneetilised väljad vastastikku toimivad. See võimaldab signaalil levida ühelt nanoosakeselt teisele.

Linki sõnul pole tumedatel plasmonidel puhast dipoolimomenti, mistõttu pole neil võimalik valgusega paarduda. „Need seisundid pole aga täiesti tumedad, eriti korratuse täheduses,“ väitis ta. „Isegi subradiantsete seisundite puhul esineb vähest dipooli võnkumist.“

„Me väidame, et kui neid subradiantseid seisundeid on võimalik paarduma panna, on hajumise tõttu tekkiv kadu väiksem ning plasmoni levimist on võimalik alal hoida üle pikkade vahemaade,“ väitis Link. „Seega täiustame energiatransporti üle palju pikemate vahemaade kui on metallosakestest kette kasutades võimalik olnud.“

Selleks, et näha, kui kaugele nüüd on võimalik energiatransporti läbi viia, kattis Link oma meeskonnaga 15-mikroni pikkused jooned helendava värviga. Nad kasutasid Linki laboris välja töötatud fotovalgendavat meetodit, et mõõta, kui kaugele ühest otsast laseriga ergastatud plasmonid levivad. „Plasmonite levimise sumbumine on eksponentsiaalne,“ väitis ta. „Nelja mikroni puhul saame kolmandiku esialgse intensiivsuse väärtusest.“

„See levimiskaugus on tavapäraste optiliste lainejuhtidega võrreldes lühike, kuid miniatuursetes vooluringides ongi tarvis katta vaid väikeseid pikkusskaalasid. Kunagi võib olla võimalik kasutada süsteemis võimendit, mis pikendaks levimise kaugust,“ sõnas Link. „Mis puutub sellesse, mida inimesed arvasid nanoosakestest kettide puhul võimaliku olevat, oleme juba teinud olulise edusammu.“

Link väitis, et hõbedast nanojuhtmed on katsete käigus plasmoni kullast paremini edasi kandnud – kuni 15 mikronini, mis on umbes inimese juuksekarva kuuekordne läbimõõt. „Me teame, et kui katsetame hõbeda nanoosakestega, võime saavutada pikema levimise – loodetavasti ka keerulisemates struktuurides,“ sõnas ta. „Me võime olla võimelised ühendama neid nanoosakestest lainejuhte teiste koostisosadega, näiteks nanojuhtmetega, paigutustes, mis poleks muidu võimalikud.“

Allikas

Teadusartikkel: „Electromagnetic Energy Transport in Nanoparticle Chains via Dark Plasmon Modes”