Плазмонный наноматериал открывает путь построения оптических процессоров

В техасском университете Райса (г. Хьюстон) ученые изобрели метод создания геометрических узоров из металлических наночастиц для трансформации поступающих световых сигналов в излучение другого цвета.

Он описан на этой неделе в издании Proceedings of the National Academy of Sciences. Для контроля света используется процесс, известный под названием четырехволнового смешивания (four-wave mixing). Это явление хорошо изучено, однако предложенная в университетской лаборатории нанофотоники (Laboratory for Nanophotonics, LANP) структура из золотых нанодисков впервые позволяет проектировать материалы, способные выполнять четырехволновое смешивание в широком диапазоне входных и выходных частот.

Золотые «шайбы» диаметром в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса вырезались посредством электронно-лучевой литографии и размещались на прозрачной основе образуя оптическую нелинейную среду. Каждый из них был рассчитан на поглощение энергии света определенной длины волны, а плотный массив из 12 таких «шайб» усиливал нелинейные свойства системы, создавая интенсивные электронные поля.

Чтобы увеличить эффективность относительно слабого нелинейного явления, ответственного за четырехволновое смешивание, экспериментаторы использовали плазмонный эффект под названием резонанс Фано. Взаимное расположение 12 дисков было рассчитано таким образом, чтобы получить два когерентных резонанса Фано на одном устройстве.

Это достижение группы специалистов теоретической и прикладной физики LANP дает возможность создания полностью оптических процессоров — управляющих светом с помощью света.