Fotonų ir plazmonų sąveika valdo šviesą

Mokslininkų grupė iš Strasburo (Strasbourg) universiteto, esančio Pracūzijoje, panaudojo fotonų ir plazmonų sąveiką nukreipdami šviesą per metalinėse folijose esančias skylutes, kurios yra tokios mažos, kad šviesa, iš tikrųjų, negalėtų pro jas praeiti. Pagal klasikinę teoriją šviesa negali praeiti pro skylutes, jei skylučių diametras yra žymiai mažesnis nei šviesos bangos ilgis. Tačiau ši mokslininkų grupė savo tyrimuose prieš dešimtmetį pastebėjo, kad šviesos perdavimas vyksta, nors tai ir prieštarauja teorijai, jei panaudosime paviršinius plazmonus. Šio perdavimo esmė yra ta, kad šviesa, eidama pro metalo folijos skylutę, yra paverčiama paviršiniais plazmonais. Tokioje surištoje būsenoje fotonai gali pralįsti į kitą folijos pusę net pro mažiausias skylutes.

Prancūzų mokslininkų grupė dabar savo straipsnyje, kurį atspausdino Angewandte Chemie žurnale, aprašė kitą reiškinį – jei dažų molekulė yra patalpinta ant perforuotos metalo folijos paviršiaus, tai jie labai sustiprina šviesos perdavimą. Priešingai nei buvo manyta iki šiol, papildomas skaidrumo langas atsiranda prie bangų ilgių, kurie yra stipriai sugeriami dažų molekulių. Įdomiausia, kad šis efektas yra stebimas ir esant netaisyklingam skylučių išsidėstymui metalo folijoje. Užtenka net vienos skylutės, kad šviesa praeitų į kitą pusę.

Mokslininkų manymu, veikia du vienas kitą papildantys reiškiniai. Iš vienos pusės, dažų molekulės skylutėse sukuria didelį indekso kitimą, kuris prisideda prie šviesos perdavimo netoli absorbcijos juostos. Iš kitos pusės, dažų molekulės sukuria savo dipolinio momento veidrodinį vaizdą metalo laisvų elektronų plazmoje. Abu dipoliai, dažų molekulės bei jos veidrodinio vaizdo, tarpusavyje sąveikauja. Jei molekulė sugeria šviesą, ji nėra išspinduliuojama, o šviesos energija pilnai perduodama metalo paviršiui, kur ji susijungia su paviršiniais plazmonais, dalyvaujančiais šviesos perdavime. Šių efektų bendras veikimas sudaro galimybes šviesai efektyviai pereiti į kitą metalo folijos pusę.

Šis atradimas atveria plačias taikymo galimybes. Jis galėtų būti panaudotas kuriant perforuoto metalo plėveles, pritaikytas matomos šviesos perdavimui, paprasčiausiai panaudojant dažus, kurie sugeria šviesą prie tam tikro pageidaujamo bangos ilgio. Tai lengvai gali būti pritaikyta saulės energijos technologijose, filtruose are sensoriuose. Kadangi trumpai gyvuojančios sužadintos molekulių būsenos turi kitokias šviesos sugerties savybes nei pagrindinė būsena, tai dar praplečia šių plėvelių panaudojimą, pavyzdžiui, jas taikant pilnai optiniuose labai greituose jungikliuose.