Optische techniek heeft een enorme impact op ons dagelijks leven, die ons met optische communicatie en optische data-opslag. Echter, het manipuleren van licht op de nanoschaal niveau een enorme opgave, omdat de nanoschaal niveau is zo ongelooflijk klein - minder dan een tiende van de golflengte van het licht. Onderzoekers van Argonne National Laboratory maken stappen naar een beter begrip en het manipuleren van licht op nanoschaal door gebruik te maken van de bijzondere optische eigenschappen van metalen nanodeeltjes, het openen van de deur naar microscopische-en kleinbedrijf apparaten zoals optische circuits en schakelaars. Metalen nanodeeltjes, zoals een extreem kleine bolletjes van zilver of goud, kan zich concentreren grote hoeveelheden licht-energie op hun oppervlak. Het licht energie beperkt aan de oppervlakte staat bekend als het nabije-veld, terwijl de gewone licht is bekend als ver-veld. Veel wetenschappers geloven dat door te begrijpen hoe de nabije-veld licht te manipuleren, nieuwe optische apparaten kunnen worden gebouwd op de afmetingen veel kleiner dan momenteel mogelijk is. In een poging om nabije-veld gedrag, een gezamenlijke experimentele en theoretische studie gepubliceerd in het 25 december editie van het Journal of Physical Chemistry B, gebruikt krachtige hoge-resolutie imaging en modellering technieken te karakteriseren detail zien hoe licht is gelokaliseerd en verspreid door metalen nanodeeltjes. Huidige technologieën, zoals high speed computers en internet routers, zijn sterk afhankelijk van elektronen die door middel van draden om te kunnen functioneren. Echter, met de steeds toenemende vraag naar hogere datasnelheden en kleinere maten, de complexiteit van de elektrische circuits wordt onhoudbaar. Volgens de experimentele teamleider Gary Wiederrecht, kan deze uitdaging worden overwonnen door het vervangen van elektronen met fotonen (eenheden van licht), omdat de golf-achtige karakter van de fotonen zou obstakels zoals hitte en wrijving te verminderen binnen een bepaald systeem. "In een notendop, fotonen sneller bewegen dan elektronen," zei Wiederrecht. "Ze zijn een zeer efficiënte stroombron gewoon wachten om te worden benut." "Het gebruik van experimentele en theoretische benaderingen, waren we in staat om de interactie van licht waarnemen met het oppervlak van de metalen nanodeeltjes. We hopen dat deze studie zal leiden tot de creatie van optische technologieën die licht kan met precisie te manipuleren op nanoschaal dimensies," aldus lead theoreticus Stephen Gray. Voor het verkrijgen van een meer omvattend begrip van de nabije-veld, de Argonne onderzoekers gebruikten een geavanceerde techniek beeldvormende techniek die bekend staat als nabije-veld optische microscopie scanning. De nanodeeltjes, met diameters zo klein als 25 nanometer, werden geplaatst op een prisma en verlicht met laserlicht, de vorming van een near-field, dat was detecteerbaar bij nabije-veld optische microscopie scanning door een nanoschaal sonde dicht bij het monster het oppervlak geplaatst. Optische verstrooiing experimenten werden uitgevoerd op geïsoleerde metalen nanodeeltjes en arrays van metalen nanodeeltjes. Electron beam lithografie werd gebruikt om een uniforme nanodeeltjes plaats binnen 100 nanometer van elkaar. Met behulp van een speciale experimentele opstelling, het team was in staat om het nabije-veld lichtintensiteit expliciet kaart op de drie-dimensionale topografie van het metaal nanodeeltjes arrays. Experimentele resultaten leverde een aantal waardevolle bevindingen met betrekking tot het karakter van het nabije-veld. De onderzoekers vonden dat een geïsoleerde nanodeeltjes zouden verstrooien licht op een 20 graden hoek van het prisma oppervlak. Bovendien vonden de onderzoekers dat arrays van nanodeeltjes verstrooien het licht op veel kleinere hoeken, een bemoedigend resultaat voor het gebruik van near-field fotonen in tweedimensionale apparaten zoals optische chips. Alle bevindingen zijn gevalideerd door middel van computationele en theoretische methoden, en samen bieden ze specifieke informatie over hoe de bijna-velden kunnen worden gebruikt om de lichtgeleider. |