Физики научились изменять длину волны таммовских плазмонов

Ученые из СФУ и Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН провели теоретические исследования гибридных таммовских плазмонов. При помощи численных расчетов они смогли предсказать структуру, в которой можно управлять длиной волны этих квазичастиц при помощи внешнего электрического поля или нагревания. Статья с результатами работы опубликована в журнале Journal of the Optical Society of America B.

Школьная физика учит, что основа обычного зеркала — это тонкая фольга из алюминия, а лучше — из серебра. Стекло, являющееся по сути большим прозрачным куском обычного кремниевого песка, просто не дает фольге погнуться и заржаветь. Однако стекло тоже отражает свет, поэтому из десятка слоев обычного стекла и флинтгласа (особого бесцветного стекла) можно сделать более дорогое, но и более качественное, чем металлическое, зеркало. Такую структуру еще называют одномерным фотонным кристаллом, то есть в ней коэффициент преломления периодически меняется в одном направлении, в данном случае — перпендикулярно слоям.

Что будет, если такое многослойное зеркало покрыть серебром? Выглядеть это будет как торт Наполеон, где вместо коржей — стекло и флинтглас, вместо крема сверху — серебро, а толщина такого торта чуть больше микрона. В таком устройстве свет можно запереть между двумя зеркалами — металлическим и многослойным. Энергия света накапливается на границе между металлическим и многослойным зеркалами и начинает просачиваться через многослойное зеркало. Так двойное зеркало может пропускать, а не отражать свет.

В такой ситуации между зеркалами образуется особая квазичастица света — не фотон, а таммовский плазмон. «Возникновение такой квазичастицы возможно только при покрытии металла многослойным зеркалом. В таком случае можно получить запертый между зеркалами свет, причем одна из отражающих поверхностей обязательно должна быть металлической. В отличие от обычного плазмона, который является бегущей волной, таммовский представляет собой стоячую, то есть он не приводит к переносу энергии», — пояснил суть работы первый автор статьи Павел Панкин из Сибирского федерального университета.

Для большинства случаев практического применения очень важно управлять длиной волны таммовского плазмона, его цветом. Например, это позволяет сделать лазер с настраиваемой, а не с фиксированной, частотой излучения. Для этого российские физики предложили связать плазмон с микрорезонатором, что было достигнуто путем включения в модель слоя жидкого кристалла в многослойном зеркале. В результате свет начал накапливаться не только на границе двух зеркал, но и в этом слое, — так получилась гибридная структура. Ранее, чтобы изменить цвет таммовского плазмона, приходилось изготавливать новую структуру. Теперь для этого достаточно нагреть или электризовать жидкий кристалл, и связь заставит таммовский плазмон поменять цвет. Таммовский плазмон позволяет создавать лазеры, оптические фильтры, источники одиночных фотонов, тепловые эмиттеры и поглотители нового типа. Авторы работы надеются, что их работа позволит расширить спектр возможных применений.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.