Плазмоника изучает взаимодействие электромагнитных волн с коллективными колебаниями свободных электронов в металлах — поверхностными плазмонами. В наномасштабе проявляются эффекты сильного локального усиления электромагнитного поля, что открывает новые возможности для оптики и фотоники.
Поверхностные плазмонные резонансы (ППР) — резонансное возбуждение электронных колебаний на границе металла и диэлектрика, ведущие к локальному усилению поля и резкому увеличению поглощения.
Локализованные плазмонные резонансы (ЛПР) характерны для наночастиц, где резонанс зависит от размера, формы и материала частицы, а также окружающей среды.
Зависимость резонанса от геометрии. Изменение формы наночастиц (сферы, наностержни, нанопластины) позволяет тонко настраивать спектральное положение и ширину резонанса.
Метаматериалы: искусственные структуры с уникальными оптическими свойствами
Метаматериалы — это искусственно созданные материалы с периодической структурой на масштабе меньшем длины волны, что позволяет управлять их электромагнитными характеристиками, которые не встречаются в природе.
Отрицательный показатель преломления — ключевое свойство некоторых метаматериалов, возникающее из-за специально сконструированных резонаторов (например, спиралей, SRR — split-ring resonators).
Чрезвычайно высокая анизотропия и дисперсия. Метаматериалы могут обеспечивать необычные эффекты, такие как обратная волна, сверхлинзы, невидимость.
Плазмонные метаматериалы сочетают преимущества плазмоники и структур метаматериалов, усиливая локальное поле и обеспечивая управляемый отклик на оптическом и инфракрасном диапазонах.
Применение и перспективы
Сверхчувствительные сенсоры. Локальное усиление электромагнитного поля позволяет детектировать даже единичные молекулы.
Управление светом на наноуровне — создание нанолазеров, нанофотонных схем и устройств, превосходящих классические ограничения дифракции.
Невидимость и cloaking — проектирование метаматериалов для управления траекторией света и создания эффектов маскировки.
Потенциал для квантовых технологий — усиление взаимодействия света и материи на квантовом уровне через локализованные плазмонные моды.
Таким образом, исследование магнитных свойств металлических наночастиц и разработка плазмонных и метаматериальных систем образуют одну из ведущих тенденций современной нанофизики, связывая фундаментальные явления с перспективными технологическими приложениями.