Поместите увеличительное стекло на солнечный свет – и он
сфокусируется в единый луч. Поместите призму перед окном – и свет
распадётся на радугу. Линзы, подобные этим, использовались в течение
многие сотен лет, в том числе и для создания весьма сложных оптических
устройств.
Однако до сегодняшнего дня все линзы разделяли одно общее
ограничение: Они не могли сфокусировать свет в луч, меньший половины
длины волны этого света. Этот так называемый «дифракционный предел» до
сих пор мешал технологиям, основанных на фотонах (вместо электронов),
конкурировать в размерах с электронными устройствами.
Однако новая отрасль науки, получившая название плазмоники, может
перевернуть эту устоявшуюся с веками истину на голову и
революционизировать высокотехнологичные устройства – от
супер-микроскопов до сверхярких дисплеев и высокоскоростных компьютеров.
Теперь исследователи могут фокусировать свет в луч диаметром всего 10
нанометров – малую долю самой короткой длины волны видимого спектра.
Главной задачей в данном случае является заставить фотоны и электроны
действовать как одно целое. Когда вам это удаётся, получившаяся частица
получает свойства и преимущества каждой составляющей. Эта уникальная
комбинация может позволить создавать ультракомпактные, ультрабыстрые, и
энергоэффективные устройства.
Однако, это не предел развития данной технологии. Существующие на
текущий момент плазмонные устройства основаны на твёрдых материалах. В
жидкой среде можно было бы получить больше контроля над их свойствами.
Возможно, исследователи даже смогли бы не только сделать их миниатюрными
и быстрыми, но также и реконфигурируемыми и мультифункциональными.
Чтобы добиться такого результата, исследователь Лю Йонгмин
объединился с несколькими коллегами из разных университетов мира для
создания первой «плазможидкостной линзы», которая использовала бы для
манипуляций со светом водяные пузыри. Подробности этой работы были
недавно опубликованы в журнале «Nature Communications».
Как и в случае со стеклянными пузырями, эти пузырьки создаются теплом
– только исходящим от крошечного лазера шириной всего несколько
микрометров.
Исследователи могут использовать такой лазер, чтобы менять размер,
форму, и положение пузырьков, позволяя точно контролировать, куда и как
направляется свет. С помощью единственной линзы они могут одновременно
фокусировать, рассеивать, и синхронизировать фотоны из одного и того же
луча света.
Сочетая размеры электроники со скоростью оптики и гибкостью
жидкостной среды, говорит Лю, данный подход создаёт плодородную почву
для большого количества новых технологий, который мы пока даже не можем
себе представить. К примеру – он может породить абсолютно новый класс
биомедицинских диагностических инструментов. |