В восемнадцатом веке ученые столкнулись с загадкой: свет — это волна или частица? Одно из самых убедительных доказательств в поддержку «волновой точки зрения» — знаковый эксперимент с двумя щелями — сообщил в 1804 году ученый Томас Янг. Янг пропускал когерентный свет через две близкорасположенные щели и наблюдал набор интерференционных полос, результат, который возникает при волновых явлениях, таких как звук или вода.
Это наблюдение легло в основу современной волновой теории света.Двести лет спустя Арсений Кузнецов и его сотрудники из Института хранения данных A * STAR вместе с сотрудниками из Австралии, Сингапура, Великобритании и России провели эксперимент, аналогичный экспериментам Янга, но с использованием наноразмерных объектов. Команда исследовала рассеяние света в видимой и ближней инфракрасной областях длин волн от кластера из двух или трех близко расположенных плазмонных наночастиц золота.
Они наблюдали интерференционные и резонансные эффекты, похожие на те, что наблюдались в экспериментах Юнга.В частности, при изучении тримерной системы, состоящей из трех дискретных металлических нанодисков диаметром около 145 нанометров и толщиной 60 нанометров, команда обнаружила доказательства наличия ближнепольных, субволновых оптических вихрей и циркуляции электромагнитной энергии (см. изображение). Это открытие очень похоже на то, что происходит с картиной потока энергии в эксперименте типа Янга, проведенном с тремя щелями.
Одна из ключевых проблем наноплазмоники — это взаимодействие металлических наночастиц на наноуровне. «Даже если расстояние между двумя или несколькими непериодически расположенными наночастицами порядка длины волны, их взаимодействие может быть достаточно сильным, чтобы изменить их свойства рассеяния и поглощения», — отмечает Кузнецов. «Это можно объяснить особенностями потока вектора (энергии) Пойнтинга вокруг наночастиц и образования оптических вихрей, которые создают структуру силовых линий, подобную классическому эксперименту Юнга».По словам Кузнецова, выводы группы не только расширяют наши фундаментальные представления о том, как свет взаимодействует с нанокластерами металлических частиц, но и имеют как теоретические, так и практические приложения. «Они также могут оказаться полезными для таких приложений, как улучшенные солнечные элементы и плазмонные биосенсоры». Однако, по его мнению, наиболее заметное их применение может быть в новой области наноантенн.В будущем команда планирует изучить резонансные свойства и взаимодействия наночастиц из неметаллических материалов.
В частности, они планируют исследовать диэлектрические материалы с высоким показателем преломления, такие как кремний, которые, в отличие от металлических частиц, не страдают высокими оптическими потерями.