Stanfordi ja Pennsylvania Ülikooli teadlaste uurimuses selgus, et vastupidiselt intuitsioonile võib mingi pinna katmine peegeldava metalliga selle nähtavust vähendada. Teadlased valmistasid uue tehnoloogia abil nähtamatu valgusdetektori.
Joonisel on kujutatud diagonaalselt üle pildi kulgevalt räni nanojuhtmelt hajuvat valgust. Eredamad piirkonnad on katmata, tumedamad aga kullaga kaetud nanojuhtme osad.
Pengyu Fan kaasautorlusel valminud uut seadet kirjeldav artikkel avaldati teadusajakirja Nature Photonics maikuises numbris. Fan on Stanfordi Ülikooli materjaliteaduse doktoriõppe tudeng, kes töötab artikli vastutava autori professor Mark Brongersma töögrupis.
Valguse detekteerimine ei ole keeruline protsess. Ränis moodustub langeva valguse toimel fotovool, mida on võimalik mõõta. Sarnane nähtus toimub näiteks päikesepaneelides ja fotodetektorites. Stanfordi seadeldis on aga erisugune, sest kasutab ainulaadset tehnoloogiat, mida kutsutakse plasmoniliseks varjestamiseks (plasmonic cloaking).
Plasmoonika uurib valguse interaktsiooni metalli nanostruktuuridega. Teadusharu põhiliseks uurimistehnikaks on metalli ning poolijuhi pinnal väikeste ostsileerivate eletrivoolude tekitamine, mis omakorda põhjustavad hajuvaid valguslaineid.
Detektori üdiks on õhukese kullakilega kapseldatud ränist nanojuhtmed. Metalli ja räni hulga suhte peenhäälestamisel tekkis kahelt pinnalt peegeldunud valguse destruktiivne interferents, mis võimaldas fotodetektori nähtamatuks muuta.
Metallilt ja pooljuhilt lähtuvad valguslained tekitavad positiivsete ning negatiivsete laengukandjate ruumilise eraldatuse, mis omakorda viib dipoolmomendi tekkimiseni. Eesmärgiks on luua kulladipool, mis on dipoolmomendi poolest võrdne ja vastasmärgiline ränidipoolile. Nii dipoolmomendid tühistavad teineteist ja süsteem muutub tervikuna nähtamatuks.
„Avastasime, et kullast kate muudab oluliselt räni nanojuhtme optilist kostet,“ ütles Fan. „Valguse neeldumine juhtmes alaneb neljakordselt, ent hajumine suureneb seejuures kuni 100 korda, mistõttu muutubki seade nähtamatuks.“
Insenerid näitasid, et plasmoniline varjestamine ei piirdu vaid optiliste lainepikkustega, vaid on efektiivne oluliselt laiemal spektri osal. Efekt on sõltumatu valguse langemisnurgast, nanojuhtmete kujust ning ruumilisest paigutusest seadme sees. Ühtlasi näidati, et teised metallid, mida tavaliselt arvutikiipides kasutatakse, näiteks alumiinium ja vask, töötavad katse raames sama efektiivselt kui kuld.
Nähtamatuks tegeva toime puhul on olulisim metalli ning pooljuhi hulga peenhäälestus. „Kui dipoolid korralikult ei orienteeru, väheneb varjestusefekt märgatavalt ja võib sootuks kaduda,“ ütles Fan. „Nanoskaalal materjalide proportsioonis hoidmine on maksimaalse varjestuse saamisel olulise tähtsusega.“
Tulevikus loodavad insenerid deketorile leida rakenduse häälestatavates metall-pooljuhtseadmetes, päikesepaneelides, sensorites, tahkisvalgustites, kiiplaserites ning muudes kõrgtehnoloogilistes rakendustes.
Näiteks digitaalsetes kaamerates ja keerukates pildistamissüsteemides suudaksid plasmoniliselt varjestatud pikslid vähendada naaberpikslitest tingitud müra, mis põhjustab pildi hägustumist. Seega võidakse tehnoloogia abil tulevikus saavutada teravam ja täpsem fototehnoloogia.
Allikas: ScienceDaily
Leave a Reply