Российские ученые разработали оптический метод, позволяющий перестраивать свойства гибридных олигомеров из металла и диэлектрика. Такие олигомеры перспективны для разработки новых устройств записи информации, а также создания сенсоров. Предложенный метод работы с такими структурами быстрее и проще альтернативных.

Исследование опубликовано в журнале Laser & Photonics Reviews.

Управление свойствами наноструктур – важная задача для контроля излучения наноразмерных источников света, а также для сенсорных приложений. В последние годы такие задачи решаются в области плазмоники, где для управления светом используются различные металлические наночастицы. С развитием нового направления — диэлектрической нанофотоники — ученым удалось преодолеть ряд ограничений, существующих в плазмонике и связанных, в частности, с потерями на оптических частотах.

Но в последнее время актуальной становится еще одна новая концепция, предполагающая создание гибридных систем, которые объединяют преимущества металлов и диэлектриков и обладают улучшенными свойствами, необходимыми в контексте практического применения.

Плазмонная или диэлектрическая наночастица может действовать как передающая антенна, которая преобразует локализованное электромагнитное поле в свободно распространяющиеся волны, или как принимающая, которая преобразует энергию внешнего электромагнитного поля в сильно локализованные колебания.

Наиболее интересные эффекты могут быть достигнуты, когда наноантенны расположены в кластерах, или олигомерах – группах связанных наноантенн.

Управлять распределением ближних полей олигомеров можно за счет изменения падающей волны: при определенной ее конфигурации происходит перестройка отклика олигомера в ближнем поле. Однако, чтобы получить новый отклик, необходимо изменить возбуждающее излучение, что, в свою очередь, связано с рядом технических сложностей.

Коллектив российских ученых разработал полностью оптический подход к реконфигурации ближнего поля. В своей работе они продемонстрировали модификацию картины ближнего поля в гибридных олигомерах золото-кремний путем фемтосекундного лазерного преобразования.

«Использование лазера значительно упрощает процесс: вы один раз записали карту распределения ближних полей и далее работаете с этим. Гибридные структуры делаются стандартным методом литографии, а потом вы просто применяете фемтосекундное лазерное излучение, чтобы их модифицировать. При этом для перестройки ближних полей не нужно использовать более затратные по времени и менее экологичные химические методы, дополнительное оборудование, ряд других более сложных способов, — говорит Яли Сун (Yali Sun), аспирант физико-технического факультета Университета ИТМО, ведущий автор статьи. — Результаты наших экспериментов показали, что даже умеренное воздействие фемтосекундного лазера, которое почти не изменяет рассеивающие свойства в дальней зоне олигомеров, приводит к сильной реконфигурации их ближнего поля».

По словам ученого, наработками в области гибридных наноструктур уже интересуется ряд крупных компаний. В перспективе специалисты планируют продолжить исследования в этой области и постараться применить разработанную технологию в нанофотонных системах.