Araştırmacılar, plazmonik bir nanokavitede geniş bant uçlu geliştirilmiş doğrusal olmayan optik yanıtı bildirdiler

Işığı kırınım sınırının ötesine sıkıştırmak ve nano-sınırlı ışığın niçin olduğu optik süreçleri denetlemek, nanofotoniğin temel konularıdır. Bilhassa, taramalı prob mikroskoplarındaki plazmonik nano boşluklardaki lokalize ve geliştirilmiş ışık, moleküler/atomik ölçekte bölgeye özgü optik informasyon elde etmek için bizlere benzersiz bir platform sağlar.

Fazlaca yakın bir zamanda, daha yüksek duyarlılık ve uzamsal çözünürlük elde etmek için bu tür uçla geliştirilmiş nanoskopiye yalnızca doğrusal değil, bununla birlikte doğrusal olmayan optikler de uygulanmıştır. Bu bağlamda, plazmonik nano boşlukların içsel doğrusal olmayan optik özelliklerini idrak etmek, nano boyutlu doğrusal olmayan optikleri daha kati bir halde denetim etmede artan bir öneme haizdir.

Moleküler Bilimler Enstitüsü’nde Doçent olan Toshiki Sugimoto liderliğindeki araştırmacılar, uç-substrat plazmonik nanokavitelerin içsel doğrusal olmayan optik özelliklerini aydınlatmayı başardılar. Dalga boyu ayarlı bir femtosaniye puls lazer sistemini bir tarama tünelleme mikroskobu ile birleştirerek ve ikinci harmonik neslin (SHG) uç geliştirmesine odaklanarak, plazmonik bir nanokavitede beklenmedik şekilde geniş, uçla geliştirilmiş doğrusal olmayan bir optik tepki bildirdiler (bkz. Biçim 1).

SHG’nin uç geliştirmesinin görünür ila kızılötesi dalga boyu aralığında korunduğunu gösterdiler (bakınız biçim 2a-c). Ek olarak, bu geniş bant geliştirme kabiliyetine hakim olan plazmonik uçların belirgin geometrik tesirleri de doğrulandı; uç-substrat nano boşluklarının geniş bantlı doğrusal olmayan optik özelliği, yalnızca nano boyutlu uç apekslerinin yapılarından değil, bununla birlikte mikrometre boyutundaki uç millerinden de mühim seviyede etkilenir (bkz. Biçim 2d-i).

Bu geometrik etkilerin deposu, uç-substrat nanokaviteler içindeki plazmonik alanların kati sayısal simülasyonları ile ortaya çıkarıldı. Kuramsal olarak, geniş bant uçlu gelişmiş SHG özelliklerinin, nanometre ve mikrometre ölçekli uç yapılarına cevap olarak mühim seviyede değiştirilebileceğini gösterdiler. Bu yapısal bilgiyi içeren simülasyonlar, deneysel olarak gözlemlenen davranışı muhteşem bir halde yakalar (bkz. biçim 2j–l).

Bu simüle edilmiş sonuçların daha detaylı analizi, ucu geliştirilmiş SHG üstündeki geometrik etkilerin kaynağını ortaya çıkardı; mikrometre ölçeğindeki uç milleri, alan geliştirmenin spektral aralığını yakın ve orta kızılötesi bölgelere genişletirken, nanometre ölçeğindeki uç apeksleri, esasen görünür/yakın kızılötesi ışığı artırmaya katkıda bulunur. Bu, mikrometre ölçeğindeki uç millerinin ve nanometre ölçeğindeki uç apekslerinin, sırasıyla hem orta/yakın kızılötesi uyarma hem de görünür/yakın kızılötesi ışınım işlemlerinin eşzamanlı olarak geliştirilmesini mümkün kıldığını ve görünürden kızılötesine geniş bant üstünde kuvvetli bir halde geliştirilmiş SHG’yi gerçekleştirdiğini gösterir. bölge.

Plazmonik nano boşlukların mühim geniş bant geliştirme kabiliyetinin bu vizyonu, temelde şiddetli dalga boyu dönüşümü ile beraber gelen bölgeye özgü doğrusal olmayan optik olayların kasıtlı kontrolü için yeni bir temel sağlar. Dahası, grubun bulguları, çeşitli doğrusal olmayan optik işlemlerden yararlanarak yeni nesil uçla geliştirilmiş nanoskopi geliştirmenin yolunu açıyor.

Bu yeni tekniklere dayanarak, ilişkili kimyasal ve topografik bilgiler, nihai uzay-zamansal çözünürlükle başarı göstermiş bir halde ele alınacak ve ayrışık ortamlarda meydana gelen çeşitli fizyolojik, kimyasal ve biyolojik süreçlerde son olarak mikroskobik araştırmayı teşvik edecektir.