Создана плазмонная "микроантенна", способная фокусировать свет в пятне, размерами несколько нанометров - «Наука и технологии»

Профессора Мюнг-Ки Ким (Myung-Ki Kim) и Йонг-Хи Ли (Yong-Hee Lee) с Факультета физики корейского Института науки и передовых технологий (Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST) и сотрудники их исследовательских групп разработали миниатюрную трехмерную антенну с плазмонным промежутком, которая способна фокусировать свет в области пространства, размером в несколько нанометров. Фокусировка света в столь малом пространстве является областью, в которой ведутся достаточно интенсивные исследования, так как у таких технологий имеется масса областей применения в электронике, фотонике и других смежных областях.

Однако, фокусировке света в области, размер которой меньше длины волны света, препятствует явление дифракции. И для того, чтобы обойти его влияние ученые использовали плазмоны, возникающие на поверхности металла, колебания облаков свободных электронов, которые действуют как микроскопические линзы, способные фокусировать свет, обходя ограничения дифракционного предела.

Множество ученых уже пытались создавать подобные плазмонные антенны. Некоторые попытки были не очень удачны, а некоторые антенны были способны фокусировать свет в пространстве, размером не менее 5 нанометров. Однако, большинство подобных антенн имело плоскую, двухмерную структуру, имеющую проблему, которая заключается в рассеивании падающего света на противоположном конце антенны, независимо от того, в насколько малое пятно был сфокусирован этот свет. И для решения этой проблемы была разработана трехмерная структура микроантенны, которая позволила максимизировать интенсивность фокусируемого света.

Используя технологию ионного травления, исследователи из KAIST изготовили антенну с плазмонным промежутком, размером в 4 нанометра. Сжимая фотоны света в пространство, размером 4 x 10 x 10 кубических нанометра, исследователи добились увеличения интенсивности света в 400 тысяч раз по сравнению с интенсивностью падающего на антенну света. Усилив сигналы второй гармоники колебаний и просматривая изображения, полученные при помощи явления катодолюминесценции, исследователи убедились, что практически весь падающий на антенну свет был сфокусирован в крошечном нано-промежутке.

Эта технология фокусирования света может поднять скорости передачи и обработки данных на фотонных чипах до уровня терагерц (триллионов раз в секунду), кроме этого, столь малое пятно фокусированного света позволит увеличить показатель плотности хранения данных на оптических носителях и на жестких дисках минимум в сотню раз. Такой источник фокусированного интенсивного света можно использовать для освещения объектов субмолекулярных размеров, что позволит делать более высококачественные снимки, нежели снимки, получаемые при помощи электронных микроскопов. И конечно, такая технология может стать тем, что позволит изготавливать полупроводниковые элементы на кристаллах чипов, размеры которых равны нескольким нанометрам.