Японские физики научились закручивать свет с помощью золотой наночастицы
Группа ученых из Токийского университета науки и Института молекулярной науки Японии показала, что золотой наностержень длиной около 150 нанометров начинает создавать вращающийся свет, если электронный пучок попадает в него не по центру.
Источник: Новости науки. Иллюстрация создана с помощью нейросети.
МОСКВА, 13 апреля. /ТАСС/. Японские физики нашли простой способ заставить свет «закручиваться» на наноуровне с помощью золотого наностержня и электронного пучка. Эксперименты показали, что если направить пучок не в центр наночастицы, а немного в сторону, вокруг нее возникает свет с вращающейся поляризацией. Разработка может пригодиться для создания компактных оптических схем, квантовой связи и новых фотонных технологий, сообщается в журнале Nano Letters.
Как поясняют исследователи, обычно вытянутые наноструктуры, такие как золотые наностержни, создают свет с линейной поляризацией — то есть его электрическое поле колеблется в одном направлении. Однако для современных оптических и квантовых технологий особенно важен свет с круговой поляризацией, или «спином», когда поле как бы вращается по спирали.
До сих пор получить такой свет на очень малых масштабах было сложно, поскольку форму поляризации во многом задает сама геометрия наноструктуры.
Группа ученых из Токийского университета науки и Института молекулярной науки Японии предложила обойти это ограничение. Они показали, что золотой наностержень длиной около 150 нанометров начинает создавать вращающийся свет, если электронный пучок попадает в него не по центру.
Руководитель работы профессор Марк Сэдгроув сравнил этот эффект с обычной ручкой, лежащей на столе: если толкнуть ее не в середину, а ближе к краю, она не только сдвинется, но и начнет вращаться. По его словам, на наноуровне действует похожий принцип: смещение точки удара создает асимметрию, из-за которой свет тоже приобретает вращение.
Исследователи выяснили, что чем дальше от центра стержня попадает электронный пучок, тем сильнее выражен «спин» света. При этом направление вращения меняется, если пучок перемещается с одной стороны наностержня на другую.
Чтобы доказать, что свет действительно стал кругово поляризованным, ученые использовали тончайшее оптическое волокно. Его особенность в том, что направление распространения света в нем зависит от того, в какую сторону вращается световое поле у поверхности наностержня. По тому, с какого конца волокна выходил свет, исследователи смогли определить направление вращения.
По словам авторов, эксперименты хорошо совпали с компьютерным моделированием. Это подтвердило, что даже очень простая наноструктура может создавать вращающийся свет, если возбуждать ее немного асимметрично.
Ученые считают, что открытие важно прежде всего для фотонных схем нового поколения, где нужно компактно управлять светом и его свойствами. В перспективе этот подход может использоваться для передачи, кодирования и обработки информации, в том числе в системах квантовой связи.
Как поясняют исследователи, обычно вытянутые наноструктуры, такие как золотые наностержни, создают свет с линейной поляризацией — то есть его электрическое поле колеблется в одном направлении. Однако для современных оптических и квантовых технологий особенно важен свет с круговой поляризацией, или «спином», когда поле как бы вращается по спирали.
До сих пор получить такой свет на очень малых масштабах было сложно, поскольку форму поляризации во многом задает сама геометрия наноструктуры.
Группа ученых из Токийского университета науки и Института молекулярной науки Японии предложила обойти это ограничение. Они показали, что золотой наностержень длиной около 150 нанометров начинает создавать вращающийся свет, если электронный пучок попадает в него не по центру.
Руководитель работы профессор Марк Сэдгроув сравнил этот эффект с обычной ручкой, лежащей на столе: если толкнуть ее не в середину, а ближе к краю, она не только сдвинется, но и начнет вращаться. По его словам, на наноуровне действует похожий принцип: смещение точки удара создает асимметрию, из-за которой свет тоже приобретает вращение.
Исследователи выяснили, что чем дальше от центра стержня попадает электронный пучок, тем сильнее выражен «спин» света. При этом направление вращения меняется, если пучок перемещается с одной стороны наностержня на другую.
Чтобы доказать, что свет действительно стал кругово поляризованным, ученые использовали тончайшее оптическое волокно. Его особенность в том, что направление распространения света в нем зависит от того, в какую сторону вращается световое поле у поверхности наностержня. По тому, с какого конца волокна выходил свет, исследователи смогли определить направление вращения.
По словам авторов, эксперименты хорошо совпали с компьютерным моделированием. Это подтвердило, что даже очень простая наноструктура может создавать вращающийся свет, если возбуждать ее немного асимметрично.
Ученые считают, что открытие важно прежде всего для фотонных схем нового поколения, где нужно компактно управлять светом и его свойствами. В перспективе этот подход может использоваться для передачи, кодирования и обработки информации, в том числе в системах квантовой связи.
