News image News image News image News image News image News image News image News image


Наноплазмоника
Нанотехнологии как наука - Нанотехнологии как наука

наноплазмоника

Благодаря успехам в производстве и визуализации металлических и полупроводниковых наночастиц быстро развивается новая область нанотехнологий — наноплазмоника. О ее перспективах и достижениях рассказывает доктор физико-математических наук Василий Климов.

Наноплазмоника изучает явления, связанные с колебаниями электронов проводимости в металлических наноструктурах и наночастицах (рис. 1) и взаимодействием этих колебаний со светом, атомами и молекулами c целью создания сложных оптических устройств. Плазмонные колебания в наночастицах (рис. 2) существенно отличаются от электромагнитных волн, распространяющихся по поверхности металла («поверхностных плазмонов»). Именно эти колебания, которые называют локализованными плазмонами, являются основой всех приложений наноплазмоники.

Важнейшая черта явлений в наноплазмонике заключается в комбинации сильной пространственной локализации электронных колебаний с их высокой частотой (в диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного). В свою очередь, сильная локализация приводит к гигантскому увеличению локальных оптических и электрических полей. И, наконец, свойства локализованных плазмонов критически зависят от формы наночастиц, что позволяет «настраивать» их систему резонансов на эффективное взаимодействие со светом или элементарными квантовыми системами (молекулы, квантовые точки).

Эти важнейшие свойства плазмонных наночастиц уже позволили обнаружить целый ряд новых эффектов. Прежде всего, гигантские локальные поля вблизи наночастиц приводят к увеличению сечения комбинационного рассеяния на 10-14 порядков, что позволяет говорить о возможности наблюдения отдельных молекул. Эти же локальные поля могут привести к разработке методов определения структуры ДНК без прикрепления к ним флюоресцентных маркеров. Используя сложную структуру спектров плазмонных наночастиц, можно одновременно усиливать как поглощение, так и испускание света ими и, таким образом, создавать эффективные флуорофоры и наноразмерные источники света (и даже нанолазеры). Помимо этих новых приложений, основанных на физике плазмонных наночастиц, использование достижений наноплазмоники позволяет существенно увеличить отношение эффективность-стоимость, например, в солнечных батареях и светоизлучающих диодах. И, наконец, считается, что наноплазмоника позволит создать новую элементную базу для компьютеров и устройств обработки данных за счет использования малых размеров металлических наноструктур и оптического быстродействия происходящих в них процессов. Сами по себе элементы полупроводниковых устройств могут иметь и очень малые размеры (в процессорах Intel уже используются технологии 65 нм) и высокие частоты функционирования, однако соединение этих элементов электрическими проводниками приводит к ограничениям частоты функционирования, связанным с неустранимым выделением в проводниках тепла. С другой стороны, фотонные устройства (оптоволоконная техника) имеют высокие (оптические) частоты функционирования, но при этом их физические размеры слишком велики для наноустройств. Использование вместо проводников наноплазмонных волноводов позволит устранить эти проблемы и повысить частоты функционирования компьютеров и других устройств (рис. 3).

Еще одним важным применением наноплазмоники является создание метаматериалов, т. е. искусственных материалов, в которых место обычных атомов занимают плазмонные наночастицы или наноструктуры специально подобранной формы. Иногда такие частицы называют «искусственными атомами» или «плазмонными атомами». Такие метаматериалы обладают свойствами, которыми принципиально не могут обладать естественные материалы. Например, плазмонные метаматериалы могут иметь не только отрицательную диэлектрическую проницаемость (как в обычных благородных металлах), но и отрицательную магнитную проницаемость. Комбинация этих свойств приводит к возможности создания оптических устройств (наноскопов), в которых, в отличие от обычных микроскопов, не существует т. н. дифракционного предела и можно увидеть объекты размером в несколько нанометров.

На основании плазмонных метаматериалов также разрабатывается концепция т. н. покрытия-невидимки («плаща-невидимки»). Этот метаматериал с такими распределениями электрических и магнитных свойств, что все лучи света будут обходить некоторый объем без рассеяния и отражения и, следовательно, любой объект, помещенный внутрь этого объема, будет казаться невидимым для стороннего наблюдателя (рис. 4).

Наноплазмоника — очень молодая наука, и далеко не все ее законы в настоящее время понятны, что приводит к возникновению самых различных парадоксов. В частности, если вблизи слоя метаматериала с одновременно отрицательными диэлектрической и магнитной проницаемостями поместить точечный источник света, например, излучающий атом, то в зеркально симметричной относительно поверхности точке необходимо одновременно поместить поглощающий излучение атом, т. е. атомы в такие системы можно помещать только парами. Существование такого рода парадоксов позволяет быть уверенным, что эту нанонауку ждет большое будущее.

Интересно, что во многих основополагающих работах по наноплазмонике в числе авторов фигурируют русские имена: Владимир Шалаев, Анатолий Заяц, Николай Желудев, Сергей Божевольный, Игорь Смолянинов, Михаил Ногинов и многие другие. Печально, но все они работают вне России. В России наноплазмоника развивается в основном в области теории (группа Климова, ФИАН), хотя и у нас созданы технологии производства плазмонных наноструктур, которые в дальнейшем станут основой устройств самого различного назначения (группа Балыкина, ИСАН).

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

Искусственные клетки могут вырабатывать

News image

В статье исследователей из Йельского университета и Национального института стандартов (NIST) (США), вышедшей в журнале Ad...

Однофазная интеркаляция/деинтеркаляция л

News image

Рис.1. Рентгенограммы образцов LiFePO4 S40 и S140: (a) общий вид профиля, (b) увеличение пика (211/020), де...

Цеолиты: теперь еще объемнее!

News image

Цеолиты - кристаллические нано пористые твердые тела с диаметром пор приблизительно 1 нм - ис...

Как измерить проводимость полимерной мол

News image

Развитие различных электронных устройств на основе единичных молекул требует полного понимания того, как происходит транспорт но...

Нанобетон: мифы и реальность

News image

· В настоящее время, после того как с телеэкранов было объявлено о приоритетном развитии нанотехнологий, эт...

Устройство, работающее от солнечной энер

News image

Устройство из нанотрубок, питаемое только лишь энергией естественного солнечного света, способно превращать смесь углекислого газа и ...

Наносенсоры внутри астронавтов предупред

News image

Пока это лишь сделанная на компьютере картинка, однако наночастицы-биосенсоры, по словам учёных, будут выглядеть примерно та...

«Нано» всех стран объединятся?

News image

Идея первого международного бизнес-инкубатора для «нано» обсуждалась недавно в Финляндии. В совещании участвовали специалисты из Ки...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Ученые слепили самого маленького в мире снеговика

Фигурка получилась высотой всего в одну сотую миллиметра – впятеро меньше толщины человеческого волоса. Как правило, дети состязаются друг с другом в ...

Инновационный термометр поможет физикам, работающим со

Когда физики стремятся охладить атомы до еще более низких температуры, они сталкиваются с непростой задачей по разработке новых, более надежных сп...

Обои смогут защитить здание от повреждений

Berry Plastics в сотрудничестве с Army Corp of Engineers разработала новые обои, которые способны защитить здания от повреждений. Обои под на...

Высокие требования к энергоэффективным решениям

Химический концерн «Халфрид» — группа предприятий, созданная в 2008 году под эгидой промышленного внедрения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в сфере на...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.