Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Нанофотоніка або нанооптика це вивчення поведінки світла в нанометровому масштабі та взаємодії нанометрових об єктів зі

Нанофотоніка

Нанофотоніка

Нанофотоніка або нанооптика — це вивчення поведінки світла в нанометровому масштабі та взаємодії нанометрових об'єктів зі світлом. Це галузь оптики, оптичної техніки, електротехніки та нанотехнологій. Вона часто включає діелектричні структури, такі як наноантени або металеві компоненти, які можуть транспортувати та фокусувати світло через [en].

Термін «нанооптика», як і термін «оптика», зазвичай стосується ситуацій, пов'язаних із ультрафіолетовим, видимим та ближнім інфрачервоним світлом (довжина хвилі у вільному просторі від 300 до 1200 нанометрів).

Засади

Звичайні оптичні компоненти, такі як лінзи та мікроскопи, як правило, не можуть нормально фокусувати світло до нанометрових (глибоких субхвильових) масштабів через дифракційну межу (критерій Релея). Тим не менш, можна стиснути світло в нанометровий масштаб за допомогою інших методів, таких як, наприклад, поверхневі плазмони, локалізовані поверхневі плазмони навколо нанорозмірних металевих об'єктів, а також нанорозмірні отвори та нанорозмірні гострі наконечники, які використовуються в [en] (SNOM або NSOM) та скануючій тунельній мікроскопії з використанням світла.

Застосування

Дослідники нанофотоніки переслідують дуже різноманітні цілі, починаючи від біохімії до електротехніки та безвуглецевої енергії. Деякі з цих цілей підсумовано нижче.

Оптоелектроніка та мікроелектроніка

Якщо світло можна втиснути в невеликий об'єм, його можна поглинути та виявити маленьким детектором. Малі фотодетектори, як правило, мають низку бажаних властивостей, включаючи низький рівень шуму, високу швидкість, низьку напругу та потужність.

Невеликі лазери мають різноманітні бажані властивості для [en], включаючи низький пороговий струм (що сприяє енергоефективності) і швидку модуляцію (що означає більшу передачу даних). Для дуже малих лазерів потрібні субхвильові [en]. Прикладом є [en], версія лазерів на поверхневих плазмонах.

Інтегральні схеми виготовляються за допомогою фотолітографії, тобто впливу світла. Щоб зробити дуже маленькі транзистори, світло потрібно сфокусувати в надзвичайно чіткі зображення. Використовуючи різні методи, такі як імерсійна літографія та фотомаски зі зсувом фази, справді вдалося зробити зображення набагато тоншими за довжину хвилі — наприклад, малювання 30 нм рядків із використанням 193 нм світла. Для цього застосування також були запропоновані плазмонні методи.

Магнітний запис із допомогою тепла — це нанофотонний підхід до збільшення обсягу даних, які може зберігати магнітний диск. Перед записом даних потрібно, щоб лазер нагрівав крихітну субхвильову ділянку магнітного матеріалу. Магнітна записуюча головка матиме металеві оптичні компоненти для концентрації світла в потрібному місці.

Мініатюризація в оптоелектроніці, наприклад мініатюризація транзисторів в інтегральних схемах, покращила їх швидкість і вартість. Однак оптоелектронні схеми можна мініатюризувати, лише якщо зменшити оптичні компоненти разом з електронними компонентами. Це актуально для [en] (тобто передачі інформації від однієї частини мікрочіпа до іншої шляхом надсилання світла через оптичні хвилеводи замість зміни напруги на дроті).

Сонячні елементи

Сонячні батареї часто працюють найкраще, коли світло поглинається дуже близько до поверхні, тому що електрони поблизу поверхні мають кращі шанси бути зібраними, а також тому, що пристрій можна зробити тоншим, що зменшує вартість. Дослідники досліджували різноманітні нанофотонні методи посилення світла в оптимальних місцях сонячної батареї.

Контрольоване вивільнення протиракових терапевтичних засобів

Нанофотоніка також була залучена до сприяння контрольованому вивільненню протиракових терапевтичних засобів, таких як адріаміцин, з нанопористих оптичних антен на вимогу, для націлювання на потрійний негативний рак молочної залози та пом'якшення механізмів резистентності до протиракових препаратів екзоцитозу, а отже, для уникнення токсичності для нормальних системних тканин і клітин.

Спектроскопія

Використання нанофотоніки для створення високої пікової інтенсивності: якщо задана кількість світлової енергії стискається у все менший і менший об'єм («гарячу точку»), інтенсивність у гарячій точці стає дедалі більшою. Це особливо корисно в нелінійній оптиці; прикладом є раманівське розсіювання з поверхневим посиленням. Це також дозволяє проводити чутливі спектроскопічні вимірювання навіть окремих молекул, розташованих у гарячій точці, на відміну від традиційних методів спектроскопії, які беруть у середньому мільйони або мільярди молекул.

Мікроскопія

Однією з цілей нанофотоніки є створення так званої [en]», яка б використовувала метаматеріали (див. нижче) або інші методи для створення зображень, точніших за межу дифракції (глибокий субхвильовий розмір). У 1995 році Guerra продемонстрував це, зобразивши кремнієву решітку з лініями та проміжками 50 нм з освітленням з довжиною хвилі 650 нм у повітрі. Це було досягнуто шляхом з'єднання прозорої фазової решітки з лініями та проміжками 50 нм (метаматеріал) з об'єктивом імерсійного мікроскопа (суперлінза).

[en] (NSOM або SNOM) — це зовсім інша нанофотонна техніка, яка досягає тієї ж мети — отримання зображень із роздільною здатністю, значно меншою за довжину хвилі. Вона передбачає растрове сканування дуже гострого кінчика або дуже малого отвору над поверхнею для зображення.

Мікроскопія ближнього поля загалом відноситься до будь-якої техніки, що використовує ближнє поле (див. нижче) для досягнення нанорозмірної субхвильової роздільної здатності. У 1987 році Герра (працюючи в корпорації Polaroid) досяг цього за допомогою нескануючого фотонного тунельного мікроскопа з повним полем. В іншому прикладі [en] має пікометрову роздільну здатність у вертикальній площині над поверхнею хвилеводу. 

Оптичне зберігання даних

Нанофотоніка у формі субхвильових оптичних структур ближнього поля, відокремлених від носіїв запису або інтегрованих у носії запису, використовувалася для досягнення щільності оптичного запису, набагато більшої, ніж дозволяє дифракційна межа. Ця робота почалася в 1980-х роках у Polaroid Optical Engineering (Кембридж, Массачусетс) і продовжилася за ліцензією в Calimetrics (Бедфорд, Массачусетс) за підтримки Програми передових технологій NIST.

Інженерія забороненої зони

У 2002 році Герра (корпорація Nanoptek) продемонстрував, що нанооптичні структури напівпровідників демонструють зміщення забороненої зони через індуковану деформацію. У випадку діоксиду титану структури з шириною у половину висоти менші 200 нм поглинатимуть не лише звичайну ультрафіолетову частину сонячного спектру, але також добре видиму синю частину високої енергії. У 2008 році Тулін і Гуерра опублікували моделювання, яке показало не тільки зміщення забороненої зони, але й зміщення краю смуги, а також вищу рухливість дірок для меншої рекомбінації заряду. Діоксид титану, розроблений із застосуванням забороненої зони, використовується як фотоанод у ефективному фотолітичному та фотоелектрохімічному виробництві водневого палива з сонячного світла та води.

Кремнієва нанофотоніка

[en] — це підгалузь нанофотоніки на основі кремнію, в якому нанорозмірні структури оптоелектронних пристроїв реалізовані на кремнієвих підкладках і здатні керувати як світлом, так і електронами. Вони дозволяють поєднати електронні та оптичні функції в одному пристрої. Такі пристрої знаходять широке застосування поза межами академічних установок, наприклад, спектроскопія середнього інфрачервоного діапазону та [en], логічні вентилі та криптографія на чіпі тощо.

Станом на 2016 рік дослідження в кремнієвій фотоніці охоплювали модулятори світла, [en] та [en], оптичні підсилювачі, фотодетектори, елементи пам'яті, фотонні кристали тощо. Особливий інтерес представляють кремнієві наноструктури, здатні ефективно генерувати електричну енергію з сонячного світла (наприклад, для сонячних панелей).

Принципи

Плазмони та металооптика

Докладніше: Плазмоніка
Докладніше: Поверхневий плазмон

Метали є ефективним засобом для обмеження світла в діапазоні, значно нижчому за довжину хвилі. Спочатку це використовувалося в радіо- та [en], де металеві антени та хвилеводи можуть бути в сотні разів меншими за довжину хвилі у вільному просторі. З подібної причини видиме світло може бути обмежено нанорозміром за допомогою нанорозмірних металевих структур, таких як нанорозмірні структури, наконечники, проміжки тощо. Багато нанооптичних конструкцій виглядають як звичайні мікрохвильові або радіохвильові схеми, але зменшені в 100 000 разів або більше. Зрештою, радіохвилі, мікрохвилі та видиме світло — це електромагнітне випромінювання; вони відрізняються лише частотою. Таким чином, за інших рівних умов мікрохвильовий контур, зменшений у 100 000 разів, поводитиметься так само, але на 100 000 разів вищій частоті. Цей ефект чимось аналогічний громовідводу, де поле концентрується на кінчику. Область технологій, яка використовує взаємодію між світлом і металами, називається плазмонікою. Це принципово засновано на тому, що діелектрична проникність металу дуже велика і негативна. На дуже високих частотах (поблизу та вище плазмової частоти, як правило, ультрафіолету) діелектрична проникність металу не така велика, і метал перестає бути корисним для концентрації полів.

image
Зображення скануючої електронної мікроскопії (SEM) п'ятиелементної антени Ягі–Уда, що складається з фідерного елемента, одного рефлектора та трьох директорів, виготовленої методом електронно-променевої літографії.

Наприклад, дослідники виготовили нанооптичні диполі та антени Ягі–Уда, по суті, за тією ж конструкцією, що й для радіоантен.

Металеві паралельні пластинчасті хвилеводи (смугові лінії), зосереджені постійні елементи схеми, такі як індуктивність і ємність (на частотах видимого світла, значення останньої мають порядок фемтогенрі та аттофарад відповідно), і узгодження імпедансу дипольних антен з лінією передачі, всі знайомі методи на мікрохвильових частотах, є деякими сучасними напрямками розвитку нанофотоніки. Тим не менш, існує ряд дуже важливих відмінностей між нанооптикою та зменшеними мікрохвильовими схемами. Наприклад, на оптичній частоті метали поводяться набагато менш як ідеальні провідники, а також виявляють цікаві ефекти, пов'язані з плазмоном, такі як кінетична індуктивність і поверхневий плазмонний резонанс. Подібним чином оптичні поля взаємодіють із напівпровідниками принципово інакше, ніж мікрохвилі.

Оптика ближнього поля

Докладніше: [en]

Перетворення Фур'є просторового розподілу поля складається з різних [en]. Більш високі просторові частоти відповідають дуже тонким рисам і гострим краям.

У нанофотоніці часто вивчають сильно локалізовані джерела випромінювання (диполярні випромінювачі, такі як флуоресцентні молекули). Ці джерела можна розкласти на широкий [en] плоских хвиль з різними хвильовими числами, які відповідають кутовим просторовим частотам. Частотні компоненти з вищими хвильовими числами порівняно з хвильовими числами у вільному просторі світла утворюють еванесцентні поля. Еванесцентні компоненти існують лише в ближньому полі випромінювача і розпадаються без передачі сумарної енергії в дальнє поле. Таким чином, субхвильова інформація від випромінювача розмивається; це призводить до дифракційної межі в оптичних системах.

Нанофотоніка в першу чергу займається хвилями ближнього поля. Наприклад, [en] (згадана вище) запобігла б загасанню еванесцентної хвилі, дозволяючи отримати зображення з вищою роздільною здатністю.

Метаматеріали

Метаматеріали — це штучні матеріали, створені таким чином, щоб мати властивості, яких не можна знайти в природі. Вони створюються шляхом виготовлення масиву структур, менших за довжину хвилі. Невеликий (нано) розмір структур важливий: таким чином світло взаємодіє з ними так, ніби вони утворюють однорідне безперервне середовище, а не розсіюється на окремих структурах.

Див. також

Примітки

  1. Awad, Ehab (21 серпня 2019). Nano-plasmonic Bundt Optenna for broadband polarization-insensitive and enhanced infrared detection. Scientific Reports. 9 (1): 12197. doi:10.1038/s41598-019-48648-6. PMID 31434970.
  2. Pohl, D.W.; Denk, W.; Lanz, M. (1984). Optical Stethoscopy: Image Recording with Resolution λ/20. Appl. Phys. Lett. 44 (7): 651—653. Bibcode:1984ApPhL..44..651P. doi:10.1063/1.94865.
  3. Dürig, U.; Pohl, D. W.; Rohner, F. (1986). Near-Field Optical Scanning Microscopy. J. Appl. Phys. 59 (10): 3318—3327. Bibcode:1986JAP....59.3318D. doi:10.1063/1.336848.
  4. Betzig, E.; Harootunian, A.; Isaacson, M.; Kratschmer, E. (1986). Near Field scanning optical microscopy (NSOM). Biophys. J. 49 (1): 269—279. Bibcode:1986BpJ....49..269B. doi:10.1016/s0006-3495(86)83640-2. PMC 1329633. PMID 19431633.
  5. Hewakuruppu, Yasitha L.; Dombrovsky, Leonid A.; Chen, Chuyang; Timchenko, Victoria; Jiang, Xuchuan; Baek, Sung; Taylor, Robert A. (2013). Plasmonic "pump–probe" method to study semi-transparent nanofluids. Applied Optics. 52 (24): 6041—6050. Bibcode:2013ApOpt..52.6041H. doi:10.1364/AO.52.006041. PMID 24085009.
  6. Assefa, Solomon; Xia, Fengnian; Vlasov, Yurii A. (2010). Reinventing germanium avalanche photodetector for nanophotonic on-chip optical interconnects. Nature. 464 (7285): 80—4. Bibcode:2010Natur.464...80A. doi:10.1038/nature08813. PMID 20203606.
  7. Research Discovery By Ethiopian Scientist At IBM. Tadias Magazine. Процитовано 15 березня 2010.
  8. Dumé, Isabelle (4 березня 2010). Avalanche photodetector breaks speed record. Physics World.
  9. Sidiropoulos, Themistoklis P. H.; Röder, Robert; Geburt, Sebastian; Hess, Ortwin; Maier, Stefan A.; Ronning, Carsten; Oulton, Rupert F. (2014). Ultrafast plasmonic nanowire lasers near the surface plasmon frequency. Nature Physics. 10 (11): 870—876. Bibcode:2014NatPh..10..870S. doi:10.1038/nphys3103. :10044/1/18641. Press release [ 25 грудня 2016 у Wayback Machine.]
  10. Hand, Aaron. . Архів оригіналу за 29 вересня 2015. Процитовано 27 вересня 2014.
  11. Pan, L.; Park, Y.; Xiong, Y.; Ulin-Avila, E.; Wang, Y.; Zeng, L.; Xiong, S.; Rho, J.; Sun, C. (2011). Maskless Plasmonic Lithography at 22 nm Resolution. Scientific Reports. 1: 175. Bibcode:2011NatSR...1E.175P. doi:10.1038/srep00175. PMC 3240963. PMID 22355690.
  12. . Domino.research.ibm.com. 4 березня 2010. Архів оригіналу за 9 серпня 2009. Процитовано 15 березня 2010.
  13. Ferry, Vivian E.; Munday, Jeremy N.; Atwater, Harry A. (2010). Design Considerations for Plasmonic Photovoltaics. Advanced Materials. 22 (43): 4794—4808. doi:10.1002/adma.201000488. PMID 20814916.
  14. Saha, Tanmoy; Mondal, Jayanta; Khiste, Sachin; Lusic, Hrvoje; Hu, Zhang-Wei; Jayabalan, Ruparoshni; Hodgetts, Kevin J.; Jang, Haelin; Sengupta, Shiladitya (24 червня 2021). Nanotherapeutic approaches to overcome distinct drug resistance barriers in models of breast cancer. Nanophotonics (англ.). 10 (12): 3063—3073. doi:10.1515/nanoph-2021-0142. PMC 8478290. PMID 34589378.
  15. Acuna, Guillermo; Grohmann, Dina; Tinnefeld, Philip (2014). Enhancing single-molecule fluorescence with nanophotonics. FEBS Letters. 588 (19): 3547—3552. doi:10.1016/j.febslet.2014.06.016. PMID 24928436.
  16. Zhang, R.; Zhang, Y.; Dong, Z. C.; Jiang, S.; Zhang, C.; Chen, L. G.; Zhang, L.; Liao, Y.; Aizpurua, J. (2013). Chemical mapping of a single molecule by plasmon-enhanced Raman scattering. Nature. 498 (7452): 82—86. Bibcode:2013Natur.498...82Z. doi:10.1038/nature12151. PMID 23739426.
  17. Guerra, John M. (26 червня 1995). Super‐resolution through illumination by diffraction‐born evanescent waves. Applied Physics Letters. 66 (26): 3555—3557. doi:10.1063/1.113814. ISSN 0003-6951.
  18. Guerra, John M. (10 вересня 1990). Photon tunneling microscopy. Applied Optics (EN) . 29 (26): 3741—3752. doi:10.1364/AO.29.003741. ISSN 2155-3165.
  19. Guerra, John; Vezenov, Dmitri; Sullivan, Paul; Haimberger, Walter; Thulin, Lukas (30 березня 2002). Near-Field Optical Recording without Low-Flying Heads: Integral Near-Field Optical (INFO) Media. Japanese Journal of Applied Physics (англ.). 41 (Part 1, No. 3B): 1866—1875. doi:10.1143/jjap.41.1866. ISSN 0021-4922.
  20. Thulin, Lukas; Guerra, John (14 травня 2008). Calculations of strain-modified anatase ${\text{TiO}}_{2}$ band structures. Physical Review B. 77 (19): 195112. doi:10.1103/PhysRevB.77.195112.
  21. Karabchevsky, Alina; Katiyi, Aviad; Ang, Angeleene S.; Hazan, Adir (4 вересня 2020). On-chip nanophotonics and future challenges. Nanophotonics (англ.). 9 (12): 3733—3753. doi:10.1515/nanoph-2020-0204. ISSN 2192-8614.
  22. Silicon Nanophotonics: Basic Principles, Present Status, and Perspectives, Second Edition. Routledge & CRC Press (англ.). Процитовано 31 серпня 2021.
  23. . Singapore New Jersey London Hong Kong. ISBN . {{}}: Пропущений або порожній |title= ()
  24. van Hulst, Niek. Optical Nano-antenna Controls Single Quantum Dot Emission. 2physics.
  25. Muhlschlegel, P.; Eisler, H. J.; Martin, O. J.; Hecht, B.; Pohl, D. W. (2005). Resonant Optical Antennas. Science. 308 (5728): 1607—9. Bibcode:2005Sci...308.1607M. doi:10.1126/science.1111886. PMID 15947182.
  26. Dregely, Daniel; Taubert, Richard; Dorfmüller, Jens; Vogelgesang, Ralf; Kern, Klaus; Giessen, Harald (2011). 3D optical Yagi–Uda nanoantenna array. Nature Communications. 2: 267. Bibcode:2011NatCo...2..267D. doi:10.1038/ncomms1268. PMC 3104549. PMID 21468019.
  27. Novotny, Lukas; Hecht, Bert (2012). Principles of Nano-Optics. Norwood: Cambridge University Press. ISBN .

Посилання

  • «Прорив фотоніки для кремнієвих чіпів: світло може чинити достатню силу, щоб перемикати перемикачі на кремнієвому чіпі», Хонг X. Тан, IEEE Spectrum, жовтень 2009 р.
  • Нанофотоніка, нанооптика та наноспектроскопія AJ Meixner (ред.) Тематична серія у відкритому доступі Beilstein Journal of Nanotechnology

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Nanofotonika abo nanooptika ce vivchennya povedinki svitla v nanometrovomu masshtabi ta vzayemodiyi nanometrovih ob yektiv zi svitlom Ce galuz optiki optichnoyi tehniki elektrotehniki ta nanotehnologij Vona chasto vklyuchaye dielektrichni strukturi taki yak nanoanteni abo metalevi komponenti yaki mozhut transportuvati ta fokusuvati svitlo cherez en Termin nanooptika yak i termin optika zazvichaj stosuyetsya situacij pov yazanih iz ultrafioletovim vidimim ta blizhnim infrachervonim svitlom dovzhina hvili u vilnomu prostori vid 300 do 1200 nanometriv ZasadiZvichajni optichni komponenti taki yak linzi ta mikroskopi yak pravilo ne mozhut normalno fokusuvati svitlo do nanometrovih glibokih subhvilovih masshtabiv cherez difrakcijnu mezhu kriterij Releya Tim ne mensh mozhna stisnuti svitlo v nanometrovij masshtab za dopomogoyu inshih metodiv takih yak napriklad poverhnevi plazmoni lokalizovani poverhnevi plazmoni navkolo nanorozmirnih metalevih ob yektiv a takozh nanorozmirni otvori ta nanorozmirni gostri nakonechniki yaki vikoristovuyutsya v en SNOM abo NSOM ta skanuyuchij tunelnij mikroskopiyi z vikoristannyam svitla ZastosuvannyaDoslidniki nanofotoniki peresliduyut duzhe riznomanitni cili pochinayuchi vid biohimiyi do elektrotehniki ta bezvuglecevoyi energiyi Deyaki z cih cilej pidsumovano nizhche Optoelektronika ta mikroelektronika Yaksho svitlo mozhna vtisnuti v nevelikij ob yem jogo mozhna poglinuti ta viyaviti malenkim detektorom Mali fotodetektori yak pravilo mayut nizku bazhanih vlastivostej vklyuchayuchi nizkij riven shumu visoku shvidkist nizku naprugu ta potuzhnist Neveliki lazeri mayut riznomanitni bazhani vlastivosti dlya en vklyuchayuchi nizkij porogovij strum sho spriyaye energoefektivnosti i shvidku modulyaciyu sho oznachaye bilshu peredachu danih Dlya duzhe malih lazeriv potribni subhvilovi en Prikladom ye en versiya lazeriv na poverhnevih plazmonah Integralni shemi vigotovlyayutsya za dopomogoyu fotolitografiyi tobto vplivu svitla Shob zrobiti duzhe malenki tranzistori svitlo potribno sfokusuvati v nadzvichajno chitki zobrazhennya Vikoristovuyuchi rizni metodi taki yak imersijna litografiya ta fotomaski zi zsuvom fazi spravdi vdalosya zrobiti zobrazhennya nabagato tonshimi za dovzhinu hvili napriklad malyuvannya 30 nm ryadkiv iz vikoristannyam 193 nm svitla Dlya cogo zastosuvannya takozh buli zaproponovani plazmonni metodi Magnitnij zapis iz dopomogoyu tepla ce nanofotonnij pidhid do zbilshennya obsyagu danih yaki mozhe zberigati magnitnij disk Pered zapisom danih potribno shob lazer nagrivav krihitnu subhvilovu dilyanku magnitnogo materialu Magnitna zapisuyucha golovka matime metalevi optichni komponenti dlya koncentraciyi svitla v potribnomu misci Miniatyurizaciya v optoelektronici napriklad miniatyurizaciya tranzistoriv v integralnih shemah pokrashila yih shvidkist i vartist Odnak optoelektronni shemi mozhna miniatyurizuvati lishe yaksho zmenshiti optichni komponenti razom z elektronnimi komponentami Ce aktualno dlya en tobto peredachi informaciyi vid odniyeyi chastini mikrochipa do inshoyi shlyahom nadsilannya svitla cherez optichni hvilevodi zamist zmini naprugi na droti Sonyachni elementi Sonyachni batareyi chasto pracyuyut najkrashe koli svitlo poglinayetsya duzhe blizko do poverhni tomu sho elektroni poblizu poverhni mayut krashi shansi buti zibranimi a takozh tomu sho pristrij mozhna zrobiti tonshim sho zmenshuye vartist Doslidniki doslidzhuvali riznomanitni nanofotonni metodi posilennya svitla v optimalnih miscyah sonyachnoyi batareyi Kontrolovane vivilnennya protirakovih terapevtichnih zasobiv Nanofotonika takozh bula zaluchena do spriyannya kontrolovanomu vivilnennyu protirakovih terapevtichnih zasobiv takih yak adriamicin z nanoporistih optichnih anten na vimogu dlya nacilyuvannya na potrijnij negativnij rak molochnoyi zalozi ta pom yakshennya mehanizmiv rezistentnosti do protirakovih preparativ ekzocitozu a otzhe dlya uniknennya toksichnosti dlya normalnih sistemnih tkanin i klitin Spektroskopiya Vikoristannya nanofotoniki dlya stvorennya visokoyi pikovoyi intensivnosti yaksho zadana kilkist svitlovoyi energiyi stiskayetsya u vse menshij i menshij ob yem garyachu tochku intensivnist u garyachij tochci staye dedali bilshoyu Ce osoblivo korisno v nelinijnij optici prikladom ye ramanivske rozsiyuvannya z poverhnevim posilennyam Ce takozh dozvolyaye provoditi chutlivi spektroskopichni vimiryuvannya navit okremih molekul roztashovanih u garyachij tochci na vidminu vid tradicijnih metodiv spektroskopiyi yaki berut u serednomu miljoni abo milyardi molekul Mikroskopiya Odniyeyu z cilej nanofotoniki ye stvorennya tak zvanoyi en yaka b vikoristovuvala metamateriali div nizhche abo inshi metodi dlya stvorennya zobrazhen tochnishih za mezhu difrakciyi glibokij subhvilovij rozmir U 1995 roci Guerra prodemonstruvav ce zobrazivshi kremniyevu reshitku z liniyami ta promizhkami 50 nm z osvitlennyam z dovzhinoyu hvili 650 nm u povitri Ce bulo dosyagnuto shlyahom z yednannya prozoroyi fazovoyi reshitki z liniyami ta promizhkami 50 nm metamaterial z ob yektivom imersijnogo mikroskopa superlinza en NSOM abo SNOM ce zovsim insha nanofotonna tehnika yaka dosyagaye tiyeyi zh meti otrimannya zobrazhen iz rozdilnoyu zdatnistyu znachno menshoyu za dovzhinu hvili Vona peredbachaye rastrove skanuvannya duzhe gostrogo kinchika abo duzhe malogo otvoru nad poverhneyu dlya zobrazhennya Mikroskopiya blizhnogo polya zagalom vidnositsya do bud yakoyi tehniki sho vikoristovuye blizhnye pole div nizhche dlya dosyagnennya nanorozmirnoyi subhvilovoyi rozdilnoyi zdatnosti U 1987 roci Gerra pracyuyuchi v korporaciyi Polaroid dosyag cogo za dopomogoyu neskanuyuchogo fotonnogo tunelnogo mikroskopa z povnim polem V inshomu prikladi en maye pikometrovu rozdilnu zdatnist u vertikalnij ploshini nad poverhneyu hvilevodu Optichne zberigannya danih Nanofotonika u formi subhvilovih optichnih struktur blizhnogo polya vidokremlenih vid nosiyiv zapisu abo integrovanih u nosiyi zapisu vikoristovuvalasya dlya dosyagnennya shilnosti optichnogo zapisu nabagato bilshoyi nizh dozvolyaye difrakcijna mezha Cya robota pochalasya v 1980 h rokah u Polaroid Optical Engineering Kembridzh Massachusets i prodovzhilasya za licenziyeyu v Calimetrics Bedford Massachusets za pidtrimki Programi peredovih tehnologij NIST Inzheneriya zaboronenoyi zoni U 2002 roci Gerra korporaciya Nanoptek prodemonstruvav sho nanooptichni strukturi napivprovidnikiv demonstruyut zmishennya zaboronenoyi zoni cherez indukovanu deformaciyu U vipadku dioksidu titanu strukturi z shirinoyu u polovinu visoti menshi 200 nm poglinatimut ne lishe zvichajnu ultrafioletovu chastinu sonyachnogo spektru ale takozh dobre vidimu sinyu chastinu visokoyi energiyi U 2008 roci Tulin i Guerra opublikuvali modelyuvannya yake pokazalo ne tilki zmishennya zaboronenoyi zoni ale j zmishennya krayu smugi a takozh vishu ruhlivist dirok dlya menshoyi rekombinaciyi zaryadu Dioksid titanu rozroblenij iz zastosuvannyam zaboronenoyi zoni vikoristovuyetsya yak fotoanod u efektivnomu fotolitichnomu ta fotoelektrohimichnomu virobnictvi vodnevogo paliva z sonyachnogo svitla ta vodi Kremniyeva nanofotonika en ce pidgaluz nanofotoniki na osnovi kremniyu v yakomu nanorozmirni strukturi optoelektronnih pristroyiv realizovani na kremniyevih pidkladkah i zdatni keruvati yak svitlom tak i elektronami Voni dozvolyayut poyednati elektronni ta optichni funkciyi v odnomu pristroyi Taki pristroyi znahodyat shiroke zastosuvannya poza mezhami akademichnih ustanovok napriklad spektroskopiya serednogo infrachervonogo diapazonu ta en logichni ventili ta kriptografiya na chipi tosho Stanom na 2016 rik doslidzhennya v kremniyevij fotonici ohoplyuvali modulyatori svitla en ta en optichni pidsilyuvachi fotodetektori elementi pam yati fotonni kristali tosho Osoblivij interes predstavlyayut kremniyevi nanostrukturi zdatni efektivno generuvati elektrichnu energiyu z sonyachnogo svitla napriklad dlya sonyachnih panelej PrincipiPlazmoni ta metalooptika Dokladnishe Plazmonika Dokladnishe Poverhnevij plazmon Metali ye efektivnim zasobom dlya obmezhennya svitla v diapazoni znachno nizhchomu za dovzhinu hvili Spochatku ce vikoristovuvalosya v radio ta en de metalevi anteni ta hvilevodi mozhut buti v sotni raziv menshimi za dovzhinu hvili u vilnomu prostori Z podibnoyi prichini vidime svitlo mozhe buti obmezheno nanorozmirom za dopomogoyu nanorozmirnih metalevih struktur takih yak nanorozmirni strukturi nakonechniki promizhki tosho Bagato nanooptichnih konstrukcij viglyadayut yak zvichajni mikrohvilovi abo radiohvilovi shemi ale zmensheni v 100 000 raziv abo bilshe Zreshtoyu radiohvili mikrohvili ta vidime svitlo ce elektromagnitne viprominyuvannya voni vidriznyayutsya lishe chastotoyu Takim chinom za inshih rivnih umov mikrohvilovij kontur zmenshenij u 100 000 raziv povoditimetsya tak samo ale na 100 000 raziv vishij chastoti Cej efekt chimos analogichnij gromovidvodu de pole koncentruyetsya na kinchiku Oblast tehnologij yaka vikoristovuye vzayemodiyu mizh svitlom i metalami nazivayetsya plazmonikoyu Ce principovo zasnovano na tomu sho dielektrichna proniknist metalu duzhe velika i negativna Na duzhe visokih chastotah poblizu ta vishe plazmovoyi chastoti yak pravilo ultrafioletu dielektrichna proniknist metalu ne taka velika i metal perestaye buti korisnim dlya koncentraciyi poliv Zobrazhennya skanuyuchoyi elektronnoyi mikroskopiyi SEM p yatielementnoyi anteni Yagi Uda sho skladayetsya z fidernogo elementa odnogo reflektora ta troh direktoriv vigotovlenoyi metodom elektronno promenevoyi litografiyi Napriklad doslidniki vigotovili nanooptichni dipoli ta anteni Yagi Uda po suti za tiyeyu zh konstrukciyeyu sho j dlya radioanten Metalevi paralelni plastinchasti hvilevodi smugovi liniyi zoseredzheni postijni elementi shemi taki yak induktivnist i yemnist na chastotah vidimogo svitla znachennya ostannoyi mayut poryadok femtogenri ta attofarad vidpovidno i uzgodzhennya impedansu dipolnih anten z liniyeyu peredachi vsi znajomi metodi na mikrohvilovih chastotah ye deyakimi suchasnimi napryamkami rozvitku nanofotoniki Tim ne mensh isnuye ryad duzhe vazhlivih vidminnostej mizh nanooptikoyu ta zmenshenimi mikrohvilovimi shemami Napriklad na optichnij chastoti metali povodyatsya nabagato mensh yak idealni providniki a takozh viyavlyayut cikavi efekti pov yazani z plazmonom taki yak kinetichna induktivnist i poverhnevij plazmonnij rezonans Podibnim chinom optichni polya vzayemodiyut iz napivprovidnikami principovo inakshe nizh mikrohvili Optika blizhnogo polya Dokladnishe en Peretvorennya Fur ye prostorovogo rozpodilu polya skladayetsya z riznih en Bilsh visoki prostorovi chastoti vidpovidayut duzhe tonkim risam i gostrim krayam U nanofotonici chasto vivchayut silno lokalizovani dzherela viprominyuvannya dipolyarni viprominyuvachi taki yak fluorescentni molekuli Ci dzherela mozhna rozklasti na shirokij en ploskih hvil z riznimi hvilovimi chislami yaki vidpovidayut kutovim prostorovim chastotam Chastotni komponenti z vishimi hvilovimi chislami porivnyano z hvilovimi chislami u vilnomu prostori svitla utvoryuyut evanescentni polya Evanescentni komponenti isnuyut lishe v blizhnomu poli viprominyuvacha i rozpadayutsya bez peredachi sumarnoyi energiyi v dalnye pole Takim chinom subhvilova informaciya vid viprominyuvacha rozmivayetsya ce prizvodit do difrakcijnoyi mezhi v optichnih sistemah Nanofotonika v pershu chergu zajmayetsya hvilyami blizhnogo polya Napriklad en zgadana vishe zapobigla b zagasannyu evanescentnoyi hvili dozvolyayuchi otrimati zobrazhennya z vishoyu rozdilnoyu zdatnistyu Metamateriali Metamateriali ce shtuchni materiali stvoreni takim chinom shob mati vlastivosti yakih ne mozhna znajti v prirodi Voni stvoryuyutsya shlyahom vigotovlennya masivu struktur menshih za dovzhinu hvili Nevelikij nano rozmir struktur vazhlivij takim chinom svitlo vzayemodiye z nimi tak nibi voni utvoryuyut odnoridne bezperervne seredovishe a ne rozsiyuyetsya na okremih strukturah Div takozhPortal Nauka Portal Fizika en en FotonikaPrimitkiAwad Ehab 21 serpnya 2019 Nano plasmonic Bundt Optenna for broadband polarization insensitive and enhanced infrared detection Scientific Reports 9 1 12197 doi 10 1038 s41598 019 48648 6 PMID 31434970 Pohl D W Denk W Lanz M 1984 Optical Stethoscopy Image Recording with Resolution l 20 Appl Phys Lett 44 7 651 653 Bibcode 1984ApPhL 44 651P doi 10 1063 1 94865 Durig U Pohl D W Rohner F 1986 Near Field Optical Scanning Microscopy J Appl Phys 59 10 3318 3327 Bibcode 1986JAP 59 3318D doi 10 1063 1 336848 Betzig E Harootunian A Isaacson M Kratschmer E 1986 Near Field scanning optical microscopy NSOM Biophys J 49 1 269 279 Bibcode 1986BpJ 49 269B doi 10 1016 s0006 3495 86 83640 2 PMC 1329633 PMID 19431633 Hewakuruppu Yasitha L Dombrovsky Leonid A Chen Chuyang Timchenko Victoria Jiang Xuchuan Baek Sung Taylor Robert A 2013 Plasmonic pump probe method to study semi transparent nanofluids Applied Optics 52 24 6041 6050 Bibcode 2013ApOpt 52 6041H doi 10 1364 AO 52 006041 PMID 24085009 Assefa Solomon Xia Fengnian Vlasov Yurii A 2010 Reinventing germanium avalanche photodetector for nanophotonic on chip optical interconnects Nature 464 7285 80 4 Bibcode 2010Natur 464 80A doi 10 1038 nature08813 PMID 20203606 Research Discovery By Ethiopian Scientist At IBM Tadias Magazine Procitovano 15 bereznya 2010 Dume Isabelle 4 bereznya 2010 Avalanche photodetector breaks speed record Physics World Sidiropoulos Themistoklis P H Roder Robert Geburt Sebastian Hess Ortwin Maier Stefan A Ronning Carsten Oulton Rupert F 2014 Ultrafast plasmonic nanowire lasers near the surface plasmon frequency Nature Physics 10 11 870 876 Bibcode 2014NatPh 10 870S doi 10 1038 nphys3103 10044 1 18641 Press release 25 grudnya 2016 u Wayback Machine Hand Aaron Arhiv originalu za 29 veresnya 2015 Procitovano 27 veresnya 2014 Pan L Park Y Xiong Y Ulin Avila E Wang Y Zeng L Xiong S Rho J Sun C 2011 Maskless Plasmonic Lithography at 22 nm Resolution Scientific Reports 1 175 Bibcode 2011NatSR 1E 175P doi 10 1038 srep00175 PMC 3240963 PMID 22355690 Domino research ibm com 4 bereznya 2010 Arhiv originalu za 9 serpnya 2009 Procitovano 15 bereznya 2010 Ferry Vivian E Munday Jeremy N Atwater Harry A 2010 Design Considerations for Plasmonic Photovoltaics Advanced Materials 22 43 4794 4808 doi 10 1002 adma 201000488 PMID 20814916 Saha Tanmoy Mondal Jayanta Khiste Sachin Lusic Hrvoje Hu Zhang Wei Jayabalan Ruparoshni Hodgetts Kevin J Jang Haelin Sengupta Shiladitya 24 chervnya 2021 Nanotherapeutic approaches to overcome distinct drug resistance barriers in models of breast cancer Nanophotonics angl 10 12 3063 3073 doi 10 1515 nanoph 2021 0142 PMC 8478290 PMID 34589378 Acuna Guillermo Grohmann Dina Tinnefeld Philip 2014 Enhancing single molecule fluorescence with nanophotonics FEBS Letters 588 19 3547 3552 doi 10 1016 j febslet 2014 06 016 PMID 24928436 Zhang R Zhang Y Dong Z C Jiang S Zhang C Chen L G Zhang L Liao Y Aizpurua J 2013 Chemical mapping of a single molecule by plasmon enhanced Raman scattering Nature 498 7452 82 86 Bibcode 2013Natur 498 82Z doi 10 1038 nature12151 PMID 23739426 Guerra John M 26 chervnya 1995 Super resolution through illumination by diffraction born evanescent waves Applied Physics Letters 66 26 3555 3557 doi 10 1063 1 113814 ISSN 0003 6951 Guerra John M 10 veresnya 1990 Photon tunneling microscopy Applied Optics EN 29 26 3741 3752 doi 10 1364 AO 29 003741 ISSN 2155 3165 Guerra John Vezenov Dmitri Sullivan Paul Haimberger Walter Thulin Lukas 30 bereznya 2002 Near Field Optical Recording without Low Flying Heads Integral Near Field Optical INFO Media Japanese Journal of Applied Physics angl 41 Part 1 No 3B 1866 1875 doi 10 1143 jjap 41 1866 ISSN 0021 4922 Thulin Lukas Guerra John 14 travnya 2008 Calculations of strain modified anatase text TiO 2 band structures Physical Review B 77 19 195112 doi 10 1103 PhysRevB 77 195112 Karabchevsky Alina Katiyi Aviad Ang Angeleene S Hazan Adir 4 veresnya 2020 On chip nanophotonics and future challenges Nanophotonics angl 9 12 3733 3753 doi 10 1515 nanoph 2020 0204 ISSN 2192 8614 Silicon Nanophotonics Basic Principles Present Status and Perspectives Second Edition Routledge amp CRC Press angl Procitovano 31 serpnya 2021 Singapore New Jersey London Hong Kong ISBN 981 02 4365 0 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite conference title Shablon Cite conference cite conference a Propushenij abo porozhnij title dovidka van Hulst Niek Optical Nano antenna Controls Single Quantum Dot Emission 2physics Muhlschlegel P Eisler H J Martin O J Hecht B Pohl D W 2005 Resonant Optical Antennas Science 308 5728 1607 9 Bibcode 2005Sci 308 1607M doi 10 1126 science 1111886 PMID 15947182 Dregely Daniel Taubert Richard Dorfmuller Jens Vogelgesang Ralf Kern Klaus Giessen Harald 2011 3D optical Yagi Uda nanoantenna array Nature Communications 2 267 Bibcode 2011NatCo 2 267D doi 10 1038 ncomms1268 PMC 3104549 PMID 21468019 Novotny Lukas Hecht Bert 2012 Principles of Nano Optics Norwood Cambridge University Press ISBN 9780511794193 Posilannya Proriv fotoniki dlya kremniyevih chipiv svitlo mozhe chiniti dostatnyu silu shob peremikati peremikachi na kremniyevomu chipi Hong X Tan IEEE Spectrum zhovten 2009 r Nanofotonika nanooptika ta nanospektroskopiya AJ Meixner red Tematichna seriya u vidkritomu dostupi Beilstein Journal of Nanotechnology

Дата публікації:
Топ