Kvantinė mechanika "leidžia"
fotonams prasiskverbti (tuneliuoti) per apertūras, kurias klasikinė fizika
laiko per mažomis (plačiau: Naujas
šviesus pasaulis // Ryšių technikos
naujienos, 2003, Nr. 2). Niekas
nepuoselėjo didelių vilčių šį reiškinį panaudoti,
nes jis priklausė vien nuo taškinės
angos dydžio: arba per ją fotonai
tuneliuodavo, arba ne. Tačiau, jei angas
užpildysime optiškai labai netiesine medžiaga - polimeru,
vieno bangos ilgio fotonų tuneliavimas gali būti valdomas
kito bangos ilgio šviesa.
Merilando universiteto College Park (JAV) ir
Karalienės universiteto Belfaste (UK) mokslininkai pradėjo
tyrinėti fotonų tuneliavimą,
termiškai garindami 0,5 mm storio Au sluoksnius ant stiklo
padėklų. Užgarintas auksas būdavo
granuliuotos struktūros su 10 - 100 nm dydžio
granulėmis. Sluoksnyje atsitiktine tvarka būdavo išsidėsčiusios tos
pačios eilės taškinės angos. Po
to mokslininkai aukso sluoksnį dengdavo optiškai
netiesiniu polimeru - poli3butoksikarbonilmetiluretanu
(3BCMU). Kai polimeru dengtas paviršius būdavo apšviečiamas HeNe
lazerio 633 nm spinduliuotės pluoštu, per granulių
dydžio taškines angas būdavo
stebima šviesos emisija.
Kvantinės fizikos požiūriu įmanoma, kad šviesos fotonai prasiskverbtų per apertūras, kurios yra daug mažesnės už fotonų bangos ilgį. Tam tikro bangos ilgio tuneliavusios šviesos intensyvumas ir poliarizacija gali būti keičiami, papildomai apšvietus taškinių angų rinkinį, kuris užpildytas optiškai netiesiniu polimeru, kitos bangos šviesa.
Norėdami paaiškinti fotonų tuneliavimą per
apertūras, daug mažesnes už bangos ilgį,
mokslininkai padarė prielaidą, kad
metalo paviršiui statmena spinduliuotė
sužadina paviršinio elektronų
svyravimo kvantus - plazmonus, kurie, sklisdami sluoksnio paviršiuje,
lokalizuojasi taškinėse angose. Plazmonai
koncentruoja šviesos energiją, o jų
stiprus elektrinis laukas kitoje sluoksnio pusėje sužadina kitą plazmoną. Šis
galiausiai virsta elektromagnetine spinduliuote. Jei šis modelis teisingas,
papildoma kito bangos ilgio spinduliuotė šį plazmono ir šviesos ryšį
turėtų paveikti. Ir iš tikrųjų, tokią
priklausomybę mokslininkai pastebėjo. Jų
kontrolinis 488 nm argono lazerio šviesos pluoštas apšviesdavo taškines
angas, užpildytas 3BCMU medžiaga. Kai
paviršius būdavo papildomai
apšviečiamas 633 nm šviesa, kuri smarkiai
keisdavo medžiagos dielektrinę
skvarbą, fotonų tuneliavimas sumažėdavo
15 proc.
Merilando grupės mokslininkas Igoris Smolianinovas tiki, kad
netrukus ateis laikas, kai efektą bus
galima panaudoti. Įsivaizduokime, kad į
tokį nanoangų rinkinį projektuojamas
etaloninis ir tiriamasis vaizdas. Pagal moduliuojamą prasiskverbusią
spinduliuotę būtų galima spręsti, kiek
abu vaizdai yra panašūs arba kiek skiriasi.
Reikia pasakyti, kad tvarkioji dvimačio taškinių angų darinio fizika
yra gerokai sudėtingesnė už vienos
angos ar vienmačio angų rinkinio. Norėdama ištirti fotonų
tuneliavimo per periodinę dvimatę taškinių angų
gardelę dėsningumus, I. Smolianinovo grupė cilindro formos
angas formavo sufokusuotu jonų pluoštu. Angos
būdavo ėsdinamos silicio nitrido - chromo - aukso
sluoksniuoto darinio 400 nm storio aukso sluoksnyje. Po to
tvarkingai išsidėsčiusios taškinės
angos būdavo dengiamos 3BCMU sluoksniu. Šio
eksperimento dėsningumai pasirodė esantys daug
sudėtingesni. Krintantis spinduliuotės pluoštas sužadindavo
paviršinius plazmonus, bet dėl gardelės periodiškumo
emituojama šviesa būdavo atrankios krypties.
Kontrolinės spinduliuotės pluoštas ne
tik moduliuodavo emituojamos šviesos intensyvumą, bet
ir keisdavo jos poliarizaciją.
Patvirtinęs paviršinių
plazmonų modelį, I. Smolianinovas visą dėmesį sutelkė į
reiškinio teoriją. "Galima įžvelgti
akivaizdų panašumą tarp siaurų
cilindrinių nanokanalų netiesinių optinių
savybių ir didelių energijų fizikinių teorijų,
vadinamų Kalucos-Kleino teorijomis", - tvirtina jis. Tikimasi, kad gilesnis
šio reiškinio supratimas atvers kelią
jo pritaikymui.