Управление свойствами наноструктур является важной задачей для контроля излучения наноразмерных источников света, а также для сенсорных приложений. В последние годы такие задачи решаются специалистами, работающими в области плазмоники, в которой для управления светом используются различные металлические наночастицы. С развитием нового направления — диэлектрической нанофотоники — ученым удалось преодолеть ряд ограничений, существующих в плазмонике и связанных, в частности, с потерями на оптических частотах. Но в последнее время актуальной становится еще одна новая концепция, предполагающая создание гибридных систем, которые объединяют преимущества металлов и диэлектриков и обладают улучшенными свойствами, необходимыми в контексте практического применения (например, сильными нелинейными оптическими свойствами, однонаправленным рассеянием и т. д.).
Плазмонная или диэлектрическая наночастица может действовать как передающая наноантенна, которая преобразует локализованное электромагнитное поле в свободно распространяющиеся волны, или как принимающая, которая преобразует энергию внешнего электромагнитного поля в сильно локализованные моды. Наиболее интересные эффекты могут быть достигнуты, когда наноантенны расположены в кластерах, или олигомерах (олигомер — несколько наноантенн, сгруппированных в пространстве заданным образом).
Управлять распределением ближних полей олигомеров можно за счет изменения падающей волны: при определенной конфигурации ее поляризации (радиальной или азимутальной) происходит перестройка отклика олигомера в ближнем поле. Однако чтобы получить измененный отклик, необходимо изменить возбуждающее излучение, что, в свою очередь, связано с рядом технических сложностей.
Коллектив ученых физико-технического факультета Университета ИТМО в сотрудничестве со специалистами Академического университета разработали полностью оптический подход к реконфигурации ближнего поля. В своей работе они продемонстрировали модификацию картины ближнего поля в гибридных олигомерах золото-кремний путем фемтосекундного лазерного преобразования.
«Использование лазера значительно упрощает процесс: вы один раз записали карту распределения ближних полей и далее работаете с этим. Гибридные структуры делаются стандартным методом литографии, а потом вы просто применяете фемтосекундное лазерное излучение, чтобы их модифицировать. При этом для перестройки ближних полей не нужно использовать более затратные по времени и менее экологичные химические методы, дополнительное оборудование, ряд других более сложных способов, — говорит Яли Сунь (Yali Sun), аспирантка физико-технического факультета Университета ИТМО, первый автор статьи. — Результаты наших экспериментов показали, что даже умеренное воздействие фемтосекундного лазера, которое почти не изменяет рассеивающие свойства в дальней зоне олигомеров, приводит к сильной реконфигурации их ближнего поля».
Авторы статьи Дмитрий Зуев и Яли Сунь
Предложенный подход делает гибридные олигомеры многообещающей платформой для разработки новых устройств для записи информации, сенсоров, а также в перспективе — оптических чипов, позволяющих вместо электрических сигналов использовать оптические, что, в свою очередь, позволит увеличить пропускную способность канала и плотность записи информации, добавляет Дмитрий Зуев, научный сотрудник физико-технического факультета, соавтор исследования. По его словам, наработками ученых Университета ИТМО в области гибридных наноструктур уже интересуется ряд крупных компаний. В перспективе специалисты планируют продолжить оав области исследования и практического применения металлодиэлектрических структур в нанофотонных системах.
Статья: Reconfigurable Near-field Enhancement with Hybrid Metal-Dielectric Oligomers, Yali Sun, Ivan Sinev, Anastasia Zalogina, Eduard Ageev, Hadi Shamkhi, Filipp Komissarenko, Ivan Morozov, Sergey Lepeshov, Valentin Milichko, Sergey Makarov, Ivan Mukhin and Dmitry Zuev, Laser & Photonics Reviews, 02 January 2019, issue 1800274, doi: 10.1002/lpor.201800274.
