Исследователи из США разработали методику нанопрессования для упорядочивания жидкого галлия, позволяющего возбуждать плазмоны на поверхности жидкого галлия видимым светом. Результаты работы показывают, как жидкие металлы и фазовые переходы могут применяться в фотонных логических схемах устройств будущего.

Потенциально фотонные устройства смогут передавать цифровые данные в 1000 раз быстрее, чем современные электронные устройства. Однако размеры фотонных устройств зависят от дифракции света с определенной длиной волны, из-за чего обычные фотонные устройства должны отличаться размером, примерно в 100 раз большим, чем электронные аналоги таких устройств. Тем не менее, фотонные устройства, работа которых основана на принципе поверхностных плазмонных явлений, дают возможность уменьшить размеры фотонного устройства за счет настройки свойств поверхности.

Такой подход позволяет проводить непосредственную интеграцию высокоэффективных фотонных устройств с меньшими по размиеру электронными компонентами.

Рис. 1. Жидкий галлий передает
плазмоны эффективнее галлия в твердом
состоянии, плавление металла позволяет
быстро получить отклик. (Рисунок из Nano
Lett., 2012, 12 (8), 4324; DOI: 10.1021/nl302053g).

Тери Одом (Teri Odom), Георг Шварц (George Schatz) с коллегами из Северо-западного Университета в Эвастоне разработали метод получения наноразмерных дифракционных текстур на поверхности жидкого галлия.

Получаемые дифракционные решетки демонстрируют обратимые и переключаемые плазмонные свойства, зависящие от фазового состояния – твердая и жидкая фазы галлия демонстрируют различные свойства, например, образование поверхностно-плазмонных поляритонов [surface plasmon polaritons (SPP)] происходит эффективнее для жидкой фазы галлия.

Одом отмечает, что ранее выполненные исследования по созданию SPP на поверхности жидкого металла была ограничена тем, что возбуждение SPP происходило только дальним ИК или же требовало дополнительного применения сложных устройств Он добавляет, что изучение плазмонных свойств на границе раздела галлий-диэлектрик позволило наблюдать гораздо больший контраст между плазмонными свойствами твердой и жидкой фазы, чем это было описано в работах других авторов.

Исследователи получили из полиуретана шаблон дифракционной решетки, который использовали для формования жидкого галлия. Фильтрование галлия для удаления оксида с поверхности позволило получить решетки с периодичностью в 400 нм.

Стив Данн (Steve Dunn), специалист по наноматериалам из Университета Королевы Марии (Лондон) отмечает, что

хотя оптические свойства плазмонных явлений хорошо известны, процессы, позволяющие плазмонам взаимодействовать с окружающим системам в ряде случаев гораздо менее понятны – особенно это касается катализа – поэтому любая новая методика, позволяющая получить поверхность с плазмонными свойствами, представляет собой интерес. По его словам, вносит существенный вклад в создание плазмонных систем с настраиваемыми свойствами.