Плазмоны відіграють важливу роль у генерації другої гармоніки світлової хвилі при відбитті світла від металевої поверхні

Як показали недавні дослідження вчених з Німеччини, колективні електронні збудження в металах, що отримали назви плазмонів, дійсно відіграють важливу роль у генерації другої гармоніки світлової хвилі при відбитті світла від металевої поверхні. Хоча поверхневі плазмоны та їх взаємодія з фотонами використовувалися в практичних застосуваннях, до цих пір було не ясно, яку роль вони грають в нелінійних оптичних процесах. Вони є обов’язковою компонентою або лише свого роду каталізатором? Німецькі вчені знайшли спосіб відповісти на це питання.

Вчені спостерігали безліч цікавих явищ, пов’язаних із взаємодією світла з металевими плівками. Приміром, наноструктуровані металеві плівки можуть локалізувати оптичні поля в об’ємі простору, геометричні розміри якого багато менше довжини хвилі випромінювання.

Крім того, наноструктури можуть перетворити метал в оптичну антену, що дозволяє направляти фотони в необхідному напрямку, посилюючи локальні електромагнітні поля. Відомо, що обидва цих властивості металевих поверхонь (локалізація і посилення електромагнітних полів) обумовлені так званим поверхневим плазмонным резонансом (резонансом колективних коливань вільних електронів у поверхні металу і падаючої світлової хвилі). І ці властивості вже були успішно застосовані в деяких практичних додатках, зокрема, у модифікаціях приладів для дослідження молекул за допомогою комбінаційного розсіяння, а також для поглинання енергії сонця.

Але, незважаючи на ці успіхи на практиці, в теорії вплив поверхневих плазмонів на оптичні процеси все ще викликає масу питань, особливо це стосується нелінійних процесів, у яких беруть участь два і більше фотонів.

Теоретично поверхневі плазмоны можуть бути як простим «каталізатором» нелінійних оптичних процесів (просто збільшуючи швидкість, з якою відбувається взаємодія), так і брати безпосередню участь у цих процесах разом з фотонами або іншими плазмонами.

Відповідь на відносно старе питання про роль плазмонів в нелінійних оптичних процесах знайшли вчені з Berlin Institute of Technology (Німеччина). У своєму експерименті (результати якого були опубліковані в журналі Physical Review Letters вчені показали, що

поверхневі плазмоны не просто змінюють фотонна взаємодія, а також самі взаємодіють з іншими плазмонами, перетворюючись у вихідні фотони.

Нові знання про нелінійних оптичних процесах, отримані вченими в ході експериментів, теоретично можуть породити безліч цікавих практичних додатків.

Можливо, це дозволить підвищити ефективність сонячних батарей до 30% або навіть 44%. Також розуміння взаємодій між фотонами і плазмонами в майбутньому може обернутися розвитком нанорозмірних джерел когерентного випромінювання, необхідних для мікроскопії та спектроскопії.

Хоча йдеться в опублікованій роботі йде лише про генерації другої гармоніки при відбиванні світла від металевої поверхні, запропоновані вченими експерименти дозволять продовжити дослідження всього спектру нелінійних взаємодій. Подальша робота може дати фундаментальні уявлення про механізм поверхнево-посиленого рамановского розсіювання. Крім того, такі знання дозволять у майбутньому підвищити ефективність нелінійних процесів за рахунок плазмон-плазмонного взаємодії.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *