skelsættende eksperiment med bølgeinterferens fra begyndelsen af ​​1800-tallet genbesøges ved hjælp af guld nanopartikler

I det attende århundrede, videnskabsmænd stod over for en gåde:er lys en bølge eller en partikel? Et af de stærkeste beviser til støtte for 'bølgesynet' - det skelsættende dobbeltspalteeksperiment - blev rapporteret i 1804 af videnskabsmanden Thomas Young. Young ledte kohærent lys gennem to tætsiddende spalter og observerede et sæt interferenskanter, et resultat, der opstår med bølgefænomener som lyd eller vand. Denne observation blev grundlaget for den moderne bølgeteori om lys.

To hundrede år senere, Arseniy Kuznetsov og kolleger fra A*STAR Data Storage Institute, sammen med samarbejdspartnere i Australien, Singapore, Det Forenede Kongerige og Rusland, har udført et eksperiment analogt med Youngs eksperimenter, men ved hjælp af objekter i nanoskala. Holdet undersøgte lysspredningen i de synlige og nær-infrarøde bølgelængdeområder fra en klynge af to eller tre tæt placerede guldplasmoniske nanopartikler. De observerede interferens- og resonanseffekter, der ligner dem, der blev set i Youngs eksperimenter.

I særdeleshed, mens man studerede et trimersystem bestående af tre adskilte metalliske nanoskiver på omkring 145 nanometer i diameter og 60 nanometer tykke, holdet fandt beviser for tilstedeværelsen af ​​nærfelt, optiske hvirvler i subbølgelængdestørrelse og cirkulationen af ​​elektromagnetisk energi (se billede). Dette fund er meget lig det, der sker med energistrømningsmønsteret i et forsøg af Young-typen udført med tre spalter.

Et af nøglespørgsmålene inden for nanoplasmonik er interaktionen mellem metalliske nanopartikler på nanoskala. "Selv hvis adskillelsen mellem to eller flere ikke-periodisk arrangerede nanopartikler er af størrelsesordenen af ​​bølgelængde, deres interaktion kan være stærk nok til at ændre deres sprednings- og absorptionsegenskaber, " bemærker Kuznetsov. "Dette kan forklares med de særlige kendetegn ved Poynting-vektoren (energi) flow omkring nanopartiklerne og dannelsen af ​​optiske hvirvler, som producerer et mønster af feltlinjer, der ligner Youngs klassiske eksperiment."

Holdets resultater, siger Kuznetsov, ikke kun udvide vores grundlæggende forståelse af, hvordan lys interagerer med nanoklynger af metalliske partikler, men har både teoretiske og praktiske anvendelser. "De kan også vise sig nyttige til applikationer såsom forbedrede solceller og plasmoniske biosensorer." Imidlertid, deres mest bemærkelsesværdige anvendelse, han foreslår, kan være i det nye område af nanoantenner.

I fremtiden, holdet sigter mod at studere resonansegenskaberne og vekselvirkningerne af nanopartikler fremstillet af ikke-metalliske materialer. I særdeleshed, de planlægger at undersøge dielektriske materialer med højt brydningsindeks såsom silicium, hvilken, i modsætning til metalliske partikler, ikke lider af store optiske tab.