Исследователи из США создали первый плазмонный переключатель на основе наночастиц золота и жидких кристаллов. Разработанное ими устройство может использоваться в качестве активного фильтра, который отражает или пропускает свет определенной длины волны. В будущем это устройство может найти применение в цветных дисплеях, т.к. оно является более стабильным, нежели традиционно используемые на сегодняшний день органические хромофоры, которые, как известно, теряют свои свойства с течением времени.

Наноплазмоника является новым и весьма многообещающим направлением, изучающим особенности индивидуальных металлических наноструктур, которые могут быть использованы для изготовления крошечных оптоэлектронных устройств. Базовые принципы этого направления основываются на том, что

металлические наночастицы сильно взаимодействуют со светом посредством локализованных поверхностных плазмонов (квазичастиц, представляющих собой коллективные колебания электронов у поверхности металла).

На сегодняшний день наноплазмоника – не просто абстрактное научное направление. Она готова предложить решения, внедрение которых возможно даже в коммерческих масштабах. Один из хороших примеров такого решения – предложенный учеными из США переключатель, применимый в цветных дисплеях.

Плазмонный переключатель, предложенный группой исследователей из Rice University (США), состоит из специально разработанных кластеров наночастиц золота, изготовляемых с использованием электронно-лучевой литографии. Каждый такой кластер представляет собой половину диска, окруженную семью меньшими нанодисками.

Взаимодействие между локализованными поверхностными плазмонными резонансами отдельных наночастиц внутри этого кластера приводит к так называемому резонансу Фано (несимметричному резонансному процессу), существующему за счет ближнепольной связи между коллективными «светлыми» и «темными» плазмонными модами в кластере. Как заметили ученые,

из-за нарушения пространственной симметрии кластера наночастиц (за счет присутствия в нем полу-диска), резонанс Фано может наблюдаться только для падающего света, обладающего определенной поляризацией. Таким образом,

оптический отклик устройства существенно зависит от взаимной ориентации поляризации падающего света и расположения кластера.

Работа всего устройства в роли переключателя обеспечивается за счет того, что кластеры наночастиц помещаются в жидкие кристаллы, молекулы которых могут вращаться в плоскости на 90 градусов при условии приложения внешнего переменного напряжения (порядка 6 В). Таким образом, с помощью приложения или выключения внешнего напряжения, можно получать оптический отклик при наличии резонанса Фано или без такового.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.

Благодаря своим свойствам, устройство может использоваться в качестве активного фильтра, который отражает или пропускает свет определенной длины волны, управлять которым можно при помощи внешнего напряжения. В частности, устройство может найти применение в современных цветных дисплеях, поскольку плазмонные наноструктуры гораздо более стабильны, нежели используемые на сегодняшний день в качестве цветных пигментов органические соединения. Замена органических компонент, теряющих свои оптические свойства со временем, может в будущем значительно увеличить срок службы подобных дисплеев.

В данный момент группа ученых продолжает работу в этом направлении, пытаясь разработать переключатель, управлять которым можно было бы с помощью меньших напряжений. Кроме того, планируется дальнейшая оптимизация геометрии наноструктур в кластере. Вероятно, это позволит добиться лучшего контраста включения / выключения для излучения узкой спектральной полосы.