Визуализацию с субволновым пространственным разрешением оптические моды (стабильное состояние электромагнитного поля) в кремниевых наноантеннах получили ученые лаборатории нанооптики и метаматериалов физфака МГУ в содружестве с коллегами из Католического университета Лëвена, Бельгия и исследовательского центра IMEC, 1 февраля сообщает пресс-центр МГУ.

Результаты исследования физиков были опубликованы в журнале Nanophotonics и могут быть использованы для разработки миниатюрных устройств управления электромагнитным излучением в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне.

В сотовой связи, телевидении и телекоммуникациях широко применяются электромагнитные антенны, преобразующие микро- и радиоволны и имеющие размеры, соответствующие длинам волн.

С помощью современных технологий изготавливаются миниатюрные наноантенны, которые могут управлять электромагнитным излучением в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, называемые оптическими наноантеннами.

Наиболее перспективны наноантенны из материалов, обладающих высоким показателем преломления, одним из которых является аморфный кремний, который обладает также низким коэффициентом поглощения. Такие кремниевые наноантенны намного эффективнее металлических аналогов.

Кремниевые оптические наноантенны могут локализовать (сжать) падающий свет в область субволновых размеров (меньше длины его волны). Такая локализация электромагнитного поля в них возможна из-за возбуждения оптических мод, пространственное распределение которых определяется формой наноантенны.

Разработка устройств управления электромагнитным излучением требует визуализации распределения их электромагнитных полей, однако фундаментальные физические ограничения не позволяют это сделать с использованием обычных методов оптической микроскопии.

Для решения этой проблемы сотрудники лаборатории нанооптики и метаматериалов вместе с бельгийскими коллегами при помощи сканирующей оптической микроскопии ближнего поля (SNOM) локально возбуждали оптические наноантенны.

Один из соавторов статьи, Александр Фролов, младший научный сотрудник лаборатории нанооптики и метаматериалов пояснил: «Мы использовали апертурный зонд сканирующего ближнепольного оптического микроскопа. Он представляет собой полую металлическую пирамиду с крошечным отверстием размером в 90 нанометров, которое формирует сильно локализованный источник света. Поднесение зонда к наноантенне обеспечивает эффективное возбуждение оптических мод. Собирая отклик наноантенны, можно получить изображения, показывающие их пространственную структуру с субволновым разрешением до 50 нанометров».

Эксперимент показал, что апертурный зонд возбуждает и визуализирует оптические моды электрического и магнитного типа в кремниевых наноантеннах с формой диска, квадрата и треугольника.

«Были обнаружены моды шепчущей галереи (резонансные стоячие волны, нормальные моды системы — прим. ИА Красная Весна), локализованные у границ наноантенн, и моды типа Ми/Фабри-Перо (суперпозиция двух плоских электромагнитных волн, распространяющихся в противоположных направлениях — прим. ИА Красная Весна), возбуждаемые по всему объему наноантенн», — рассказал другой соавтор работы, профессор Католического университета г. Лёвена Виктор Мощалков.

Исследователи уверены, что разработанный ими метод визуализации может быть использован для исследования оптических наноантенн различной формы и визуализации всех типов оптических мод.