Mokslininkų grupė sukūrė metodą, kuris leidžia sufokusuoti infraraudonųjų spindulių šviesą į nanodydžių objektus naudojant smailėjančias perdavimo linijas. Naujasis įrenginys gali būti svarbus tobulinant cheminius ir biologinius jutiklius, taip pat ir ypatingai mažus infraraudonosios spinduliuotės spektrometrus.
Mokslininkų grupė sukūrė metodą, kuris leidžia sufokusuoti infraraudonųjų spindulių šviesą į nanodydžių objektus naudojant smailėjančias perdavimo linijas. Naujasis įrenginys gali būti svarbus tobulinant cheminius ir biologinius jutiklius, taip pat ir ypatingai mažus infraraudonosios spinduliuotės spektrometrus.
Įprastuose optiniuose instrumentuose šviesa dėl difrakcijos efekto negali būti sufokusuota į dėmę, kurios matmenys mažesni nei pusė bangos ilgio. Difrakcijos efekto nustatyta riba gali būti apeita naudojant optines antenas, kurios taip pavadintos galvojant apie radijo dažniu veikiančius įrenginius. Optinės antenos leidžia sufokusuoti šviesą į nano matmenų dėmes, kurios yra visa eile mažesnės nei gali įprastiniai lęšiai pasiekti. Mažyčiai objektai, tokie kaip molekulės ar puslaidininkių nanodalelės, kurios yra patalpintos antenų „karštuosiuose taškuose“, gali efektyviai sąveikauti su šviesa. Tokiu būdu optinės antenos įgalina vykdyti atskirų molekulių spektroskopiją bei padidinti optinių jutiklių jautrumą. Tačiau karštieji taškai yra susiję su antenos struktūra, kuri nepasižymi lankstumu, reikalingu kuriant nanooptines grandines.
Eksperimente naudoto įrenginio idėja ir dizainas
Atliktame eksperimente buvo parodyta, kad infraraudonųjų spindulių šviesa gali būti perduota ir sufokusuota naudojant mažytes perdavimo linijas, sudarytas iš dviejų arti vienas kito patalpintų metalo nanolaidų. Lęšiai ir veidrodžiai manipuliuoja šviesa kaip laisvai erdvėje sklindančia banga, o perdavimo linijos valdo infraraudonųjų spindulių šviesą kaip stipriai surištą paviršiaus bangą.
Mokslininkai pritaikė klasikinių perdavimo linijų idėją infraraudonojo dažnio bangoms. Perdavimo linijos klasikiniu atveju yra naudojamos radijo dažnio signalams pernešti. Paprasčiausia forma yra sudaryta iš dviejų lygiagrečių metalo laidų, esančių arti vienas kito. Ši struktūra anksčiau buvo plačiai naudojama jungiant radijo imtuvą ar televizorių su ant stogo esančia antena.
Savo eksperimente mokslininkai pademonstravo, kad infraraudonųjų spindulių šviesa gali būti perduota tokiu pačiu būdu tik sumažinus perdavimo linijų dydį iki vieno mikrometro. Sukurtoji antena pagauna infraraudonuosius spindulius ir paverčia juos į sklindančią paviršinę bangą, keliaujančią perdavimo linijomis. Po truputį mažinant atstumą tarp laidų infraraudonųjų spindulių paviršinės bangos suspaudžiamos į mažytę dėmelę apie šešiasdešimt nanometrų diametro. Ši dėmelė yra apie šimtą penkiasdešimt kartų mažesnė nei gaunama manipuliuojant atviroje erdvėje sklindančiomis bangomis. Tyrėjai pritaikė savo neseniai sukurtą artimo lauko mikroskopijos metodą, kurio skiriamoji geba yra kelių nanometrų, tiriant įvairias elektrinio lauko komponentes antenoje.
Infraraudonųjų spindulių šviesos nanofokusavimas turi svarbias pritaikymo galimybes spektroskopijoje ir jutiklių įrenginiuose. Jungiant perdavimo linijas prie antenos šviesa, pagauta nanoantenos, gali būti perduota dideliais atstumais ir sufokusuota norimoje vietoje. „Tai atveria naujus kelius kuriant infraraudonųjų spindulių nanograndines“, – pakomentavo grupės darbą Reineris Hilebrendas (Rainer Hillenbrand), nanooptinės grupės lyderis. „Nuostabu, kad klasikinė radijo dažnio koncepcija vis dar veikia prie infraraudonųjų spindulių dažnio, kuris lygus apie 30 THz“, – pridūrė Martinas Šnelas (Martin Schnell), kuris atliko eksperimentą.
Vaizdas gautas su artimo lauko mikroskopu. Lauko intensyvumas įvairiuose antenos taškuose parodytas skirtinga spalva ir aukščiu. Aiškiai matyti intensyvumo padidėjimas perdavimo linijų kūgio viršūnėje. Infraraudonųjų spindulių dažnis lygus 30 THz (bangos ilgis – 9,3 mikrometro).
„Artimo lauko optinės spektroskopijos metodai ieško būdų, kaip surišti šviesą iki nanometrinio mastelio“, – aiškino Hilebrendas. „Idėja, kai naudojamos siaurėjančios perdavimo linijos, yra daug žadanti bandant tai pasiekti. Veikianti, kaip ypatingai mažas deglas, ji perduoda šviesą į tyrimams reikalingą vietą“, – pabrėžė Šnelas.
