پژوهشگرانی از دانشگاه دوک و ایمپریال کالج لندن، با اندازه‌گیری خواص منحصر به فرد نور در مقیاس اتمی توانسته‌اند حدود مربوط به توانایی فلزات در تقویت نور را مشخص کنند.
اندازه‌گیری برهم‌کنش‌های فوتونیکی در ابعاد اتمی
|
پژوهشگرانی از دانشگاه دوک و ایمپریال کالج لندن، با اندازه‌گیری خواص منحصر به فرد نور در مقیاس اتمی توانسته‌اند حدود مربوط به توانایی فلزات در تقویت نور را مشخص کنند.
این زمینه علمی پلاسمونیک نام دارد، و دانشمندان در حال تلاش برای استفاده از مزایای پلاسون‌ها هستند: الکترون‌های «تحریک شده‌ای» که در فرآیند تقویت میدان الکترومغناطیسی توسط نور تولید می‌شوند، در فلزات نانومقیاس از سایر مواد بیشتر است.
یک نمایش هنرمندانه از این سیستم پلاسمونیکی فیلم – نانوذره. نانوذرات کروی طلا توسط لایه بسیار نازکی که از تماس مستقیم آنها با زیرلایه جلوگیری می‌کند به زیرلایه‌ای از جنس طلا جفت شده‌اند. تاکنون، پژوهشگران در فهم چگونگی برهم‌کنش پلاسمونیکی در ابعاد بسیار کوچک ناتوان بوده‌اند و از اینرو قادر به تعیین حدود عملی مربوط به تقویت نور نشده‌اند. این دانش به آنها نقشه راهی برای کنترل دقیق پراکندگی نور می‌دهد تا بتوانند در توسعه افزاره‌هایی مانند حسگرهای پزشکی و مولفه‌های مخابرات فوتونیکی مجتمع استفاده کنند.
افزاره‌های پلاسمونیکی معمولا شامل دو نانوذره فلزی هستند که با فاصله بسیار کمی از هم قرار دارند. در ۴۰ سال گذشته، دانشمندان در حال تلاش برای جواب به این سوال بوده‌اند که چه اتفاقی می‌افتد وقتی که این ذرات تا فواصل زیر- نانومتری به هم نزدیک شوند.
کریستین چیراچی، پژوهشگر پسادکترا در دانشکده مهندسی دوک، گفت: «ما با مطالعه پراکندگی اپتیکی از نانوذرات طلایی که به یک فیلم طلا جفت شده بودند قادر به نشان دادن دقت این مدل شدیم. نتایج ما اثبات تجربی مدرکی در وجود یک حد بیشینه برای تقویت میدان در سیستم‌های پلاسمونیکی ارائه می‌کند.» چیراچی و گروهش با یک فیلم نازک طلا که با تک‌لایه فوق نازکی از مولکول‌های آلی روکش شده بود، شروع کردند. کره‌های نانومتری طلا روی این تک لایه پاشیده شدند. ضروری بود که فاصله بین کره‌ها و فیلم با دقت تک اتمی قابل کنترل باشد. با این روش، پژوهشگران مذکور بر محدودیت‌های رهیافت‌های متداول غلبه کرده و اثرات فوتونیکی را با وضوح اتمی مشاهده کردند.
دیوید اسمیت از دانشگاه دوک گفت: «همینکه شما بدانید تقویت بیشینه میدان چقدر است خواهید توانست کارآیی سیستم پلاسمونیکی را تعیین کنید. اینکار به ما اجازه تنظیم سیستم پلاسمونیکی برای رسیدن به تقویت‌های دقیق قابل پیش‌بینی را نیز می‌دهد، زیرا می‌دانیم چه اتفاقی در سطح اتمی در حال رخداد است. کنترل این پدیده به گسترش اپتیک غیرخطی و کوانتومی کمک زیادی می‌کند.»
این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Science منتشر کرده‌اند. |
