Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук благодаря простому и эффективному методу получили новый класс искривленных плазмонных пучков, сообщает пресс-служба ТПУ. Исследователи дали им название «фотонный плазмонный крючок».

Благодаря небольшому размеру в перспективе их можно использовать в качестве манипулятора частиц на наноуровне, а также в биосенсорах для изучения веществ в небольших объемах и в плазмонных микроскопах для получения сверхразрешения. Результаты исследования опубликованы в журнале Annalen der Physik.

Плазмон — это квазичастица, возникающая в твердых телах или вблизи их поверхности из-за колебаний электронов. Поверхностные плазмоны сильно взаимодействуют со светом, поэтому определяют некоторые оптические свойства металлов. С 2007 года ученым известен единственный тип криволинейных плазмонных волн, возникающих на поверхности металлов, — это лучи Эйри и их производные.

«Поиск принципов создания новых искривленных пучков — это интересная современная область исследований, открывающая широкие перспективы как с фундаментальной точки зрения, так и с практической, — говорит руководитель данного направления, один из авторов статьи, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин. —Отмечу, что формирование криволинейных плазмонных пучков до сих пор было возможно только на основе семейства так называемых пучков Эйри, для получения которых используется достаточно сложный, трудоемкий метод. Мы предложили новый класс криволинейных ближнепольных пучков, реализовать которые несравнимо проще. Он основан на взаимодействии плазмонной поверхностной волны со слоем диэлектрика особой несемметричной формы».

В своих экспериментах авторы статьи использовали частицы диэлектрика — например, фторопласта — размером в две длины волны, расположенного на металлической поверхности. Одна сторона частицы выполнена в виде призмы, а вторая — квадратная. Как отмечают авторы статьи, для получения «плазмонного крючка» можно использовать частицы и другой формы.

«Плоская плазмонная волна падает на коническую часть диэлектрика, проходит сквозь частицу, и на тыльной, квадратной, стороне образуется сфокусированная криволинейная область. По форме она и напоминает крючок. Ранее такой же метод мы уже успешно применили для фотонов, а теперь показали, что этот метод работает и для плазмонов», — поясняет Игорь Минин.

У полученного «плазмонного крючка» есть важное преимущество перед теми же лучами Эйри — он гораздо меньше. Кривизна пучка приближена к размерам плазмонной длины волны, это и дает возможность использовать его на наноуровне.

«На практике такие плазмонные пучки интересны прежде всего для биомедицинского применения — и для биосенсоров, и синтеза новых материалов, устройств оптического манипулирования, например, для переключения оптических сигналов, и для получения новых молекул, ведь “крючок” благодаря своим свойствам может собирать вместе атомы различных элементов и многое другое. Но эта область исследований находится в самом начале своего пути», — говорит ученый.