Российские физики использовали полностью оптический способ структурирования вещества в наноразмерном масштабе. Они применили сфокусированные лазерные импульсы кольцевой формы и создали в тонкой золотой пленке параболические наноантенны и их массивы. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда. Результаты опубликованы в журнале Optics Letters.

Пространственно модулированные, так называемые структурированные, лазерные лучи становятся универсальными оптическими инструментами в современной нанофотонике. Ее цель — изучение физических процессов взаимодействия световых полей и нанометровых объектов, согласованных по симметрии, масштабам и оптическому спектру. Полностью оптические способы преобразования лазерного луча используют для сложного структурирования, зондирования и возбуждения простого вещества в наноразмерном масштабе. Результаты исследования можно использовать при создании плазмонных наносенсоров, распознающих различные биологические и химические вещества, в том числе вредные или опасные.

Ученые структурировали тонкую пленку из золота низкоэнергетическими фемтосекундными лазерными импульсами кольцевой формы. Изменение их энергии гибко управляет процессом. С помощью остросфокусированных пространственно-структурированных импульсов в пленке создают отверстия («плазмонный отражатель») с золотыми нанодисками («плазмонными антеннами») внутри. В результате получаются «параболические» наноантенны. Сверху на них нанесли монослой красителя, способного фотолюминесцировать – светиться при воздействии на него света разных длин волн. Физики приложили к получившимся наноантеннам оптическое поле с согласованными размерами луча, неоднородными поляризацией (ориентацией векторов напряженности электрического и магнитного полей) и спектром. В результате происходит ультранизкоэнергетическое плазмонное возбуждение свечения в слое красителя, не сопровождающееся испарением из него жидкости. Ученые использовали плазмонные моды (особый вид колебаний) пленки, которые отверстие-отражатель собирает на плазмонный диск-антенну, возбуждающий люминесценцию. Оптическое поле лазерного излучения на нанодиске-антенне многократно усиливалось фокусированными плазмонными полями колебаний электронов с той же частотой в золотой пленке.

«Мы продемонстрировали замечательную возможность применения полностью оптического подхода для структурирования вещества в наномасштабе и эффективного плазмонного нанозондирования. Результат показывает новые возможности, которые открывает усиливающий эффект взаимодействия структурированного света и структурированного вещества», — поясняет Светлана Хонина, профессор кафедры технической кибернетики и ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории автоматизированных систем научных исследований Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королева, главный научный сотрудник Института систем обработки изображений РАН.

В работе принимали участие физики Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва), Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики, Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королева, Института систем обработки изображений федерального научно-исследовательского центра «Кристаллография и фотоника» РАН (Самара), Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (Москва), Института автоматизации и управления процессами ДВО РАН (Владивосток), Школы естественных наук Дальневосточного федерального университета (Владивосток).

Картинка: изображения (полученные сканирующим электронным микроскопом) структурированных массивов микроотверстий с наночастицами в центре, образующиеся при увеличении энергии импульса.
Источник: Светлана Хонина