Stellen Sie sich vor, Sie könnten Licht auf die Größe eines winzigen Wassermoleküls verkleinern und so eine Welt voller Quantenmöglichkeiten erschließen. Dies ist im Bereich der Lichtwissenschaft und -technologie ein seit langem gehegter Traum. Jüngste Fortschritte haben uns dieser unglaublichen Leistung einen Schritt näher gebracht, da Forscher der Zhejiang-Universität bahnbrechende Fortschritte bei der Beschränkung von Licht auf Subnanometerskalen erzielt haben.
Traditionell gab es zwei Ansätze, um Licht über seine typische Beugungsgrenze hinaus zu lokalisieren: dielektrischer Einschluss und plasmonischer Einschluss. Herausforderungen wie Präzisionsfertigung und optischer Verlust haben jedoch die Beschränkung optischer Felder auf Werte unter 10 Nanometer (nm) oder sogar 1 nm verhindert. Aber jetzt wurde über ein neues Wellenleitersystem berichtet Fortgeschrittene Photonik verspricht, das Potenzial optischer Felder im Subnanometerbereich zu erschließen.
Stellen Sie sich Folgendes vor: Licht wandert von einer normalen optischen Faser aus, begibt sich auf eine transformative Reise durch eine Faserverjüngung und findet sein Ziel in einem gekoppelten Nanodrahtpaar (CNP). Innerhalb des CNP verwandelt sich das Licht in einen bemerkenswerten Nanospaltmodus und erzeugt ein begrenztes optisches Feld, das nur einen Bruchteil eines Nanometers (ungefähr 0,3 nm) groß sein kann. Mit einem erstaunlichen Wirkungsgrad von bis zu 95 % und einem hohen Spitzen-Hintergrund-Verhältnis bietet dieser neuartige Ansatz völlig neue Möglichkeiten.
Das neue Wellenleitungsschema erweitert seine Reichweite auf den mittleren Infrarot-Spektralbereich und verschiebt die Grenzen des Nanouniversums noch weiter. Der optische Einschluss kann jetzt eine erstaunliche Größenordnung von etwa 0,2 nm (λ/20000) erreichen, was noch mehr Möglichkeiten für Erkundungen und Entdeckungen bietet.
Professor Limin Tong von der Nanophotonics Group der Zhejiang University stellt fest: „Im Gegensatz zu früheren Methoden präsentiert sich das Wellenleitersystem als lineares optisches System, das eine Vielzahl von Vorteilen mit sich bringt. Es ermöglicht einen breitbandigen und ultraschnellen gepulsten Betrieb und ermöglicht die Kombination mehrerer Subnanometer.“ optische Felder. Die Fähigkeit, räumliche, spektrale und zeitliche Sequenzen innerhalb eines einzigen Ausgangs zu konstruieren, eröffnet endlose Möglichkeiten.“
Das Videozusammenfassung Enthält eine animierte Demonstration der Autoren.
Die möglichen Anwendungen solcher Durchbrüche sind beeindruckend. Ein optisches Feld, das so lokalisiert ist, dass es mit einzelnen Molekülen oder Atomen interagieren kann, verspricht Fortschritte bei Licht-Materie-Wechselwirkungen, hochauflösender Nanoskopie, Atom-/Molekülmanipulation und ultraempfindlicher Detektion. Wir stehen am Abgrund einer neuen Ära der Entdeckung, in der die kleinsten Bereiche der Existenz zum Greifen nah sind.
Mehr Informationen:
Liu Yang et al., Erzeugen eines im Subnanometerbereich begrenzten optischen Felds in einem Nanoschlitz-Wellenleitermodus, Fortgeschrittene Photonik (2023). DOI: 10.1117/1.AP.5.4.046003