Магнитно-оптический фокус

Намагниченные частицы никеля цилиндрической формы взаимодействуют со световыми волнами разной частоты. Иллюстрация Physorg

Нынешняя тенденция развития в сторону нанотехнологий не просто дань моде, а естественное стремление максимально приблизиться к малопонятному квантовому миру с его плохо воспринимаемыми обыденным сознанием эффектами когерентности и телепортации, трансформации частиц друг в друга и т.д. Эффекты эти так слабо проявляют себя, что обнаружить их можно только на физических размерах, не превышающих сотни нанометров. Один из таких квантовых эффектов получил название плазмон – объединение электронов плазмы на поверхности благородных металлов, обладающих малым электрическим сопротивлением.

Плазмоны привлекают внимание способностью возбуждать единую волну под действием света. Это можно использовать в самых разных областях, начиная от создания электрических биосенсоров и заканчивая наночастицами с различными диагностическими или терапевтическими молекулами на их поверхности.

Однако благородные серебро и золото довольно дороги, к тому же плазмон не «использует» магнитную составляющую электромагнитных колебаний света. Ситуацию решили исправить сотрудники университета в финском городе Аальто, описавшие в журнале Nature Communications устройство из рядов магнитных никелевых частиц диаметром 100 нанометров. Расположение этих частиц на поверхности и расстояние между ними можно менять с целью настройки на длину волны падающего света. Поляризация и яркость света также менялись.

Металлические частицы выполняют в данном случае роль антенн, улавливающих свет определенной длины волны. При этом в «решетке» наночастиц на их поверхности возникают резонансы, способствующие тому, что все ее элементы начинают излучать в унисон (синхронно).

Синхронное излучение возникает в результате взаимодействия расположенных рядом друг с другом никелевых наночастиц. Они в отличие от благородных металлов обладают достаточно высоким сопротивлением. Это способствует тому, что коллективные осцилляции стали возможны и в намагниченном материале. Изменение параметров расположения частиц и варьирование цветом световых колебаний, то есть разными длинами волн, позволило найти точку максимального оптического эффекта. Причем изменение оптических сигналов, как выяснилось, достигается простым перемещением никелевых наноцилиндров по поверхности подложки.

Авторы новой магнитно-оптической технологии подчеркивают, что максимальный эффект достигается, когда периодичность расположения наночастиц соответствует частоте, длине волны, света; магнитная составляющая света взаимодействует с намагниченными частицами никеля. Ученые полагают, что подобного рода наноустройства позволяют модифицировать характеристику света и контролировать его.

Магнито-оптическое взаимодействие повышает чувствительность и разрешение оптических компонентов в телекоммуникациях. Повышенная чувствительность окажется полезной в медицине и биологии, а также других областях науки и технологии.