Okenní tabule z čirého skla se nám jeví dokonale průzračná. Přesto za některých podmínek se v ní více či méně zřetelně vidíme. To dokazuje, že na rozhraní dvou opticky odlišných vzduch - sklo se přece jenom část světla odráží a oknem neprochází. Jak tyto ztráty minimalizovat? Jak propašovat na druhou stranu i ty fotony, jež dopadly na povrch průsvitného materiálu pod úhly většími, než je kritický, oddělující lom od odrazu? Jednu z možností nabízí fyzikové z londýnské King´s College, kteří na uvedené otázky odpovídají: Pomocí tenkého povrchového filmu ze zlata. Zdá se to být nelogické, vždyť i do obdivuhodné jemnosti roztepané zlaté lístky, kterými se pozlacuje, jsou neprůhledné. Zlatým povlakem se potahují infračervená zrcadla a příbuzné stříbro se i vedle levnějšího hliníku používá na pokovování kvalitních optických zrcadel, která mají světlo co nejvíce odrážet a ne propouštět.
Jak tedy může zlatý film pomoci světlu projít opticky propustným materiálem? Musí splňovat několik podmínek. Tou první je jeho nepředstavitelně malá tloušťka. Vědci na povrchu skleněné vrstvy vytvořili 100nanometrový povlak (což je deseti tisícina milimetru!). Podařilo se jim to metodou magnetronového rozprašování (magnetron sputterin). V silném vakuu jsou z kovu, například zlata, do něhož se zavede vysoké napětí, pomocí proudu neutrálních atomů vyrážené ionty. Ty silné magnetické pole odvede k cílovému povrchu, na kterém se usazují.
Druhou podmínkou je existence takzvaných plazmonových krystalů. Do jemného kovového povlaku se gravírují soustředěným iontovým paprskem. Britští fyzikové tak vytvořili mřížku z rovnoběžných drážek s periodicitou 600 nm. Pak testovali, jak optické vlastnosti takéto pozlacené skleněné tabulky ovlivňuje změna šířky žlábků s hodnotou 140, 250, 300, nebo 350 nm.
Jak je možné, že světlo takovou dvojvrstvou může projít lépe než samotným sklem? Převozníkem fotonů jsou takzvané povrchové plazmony. Tyto kvazičástice představují kvanta společných vibrací vodivostních elektronů, které na povrchu kovového filmu vybudí energie absorbovaných fotonů. Když tento vzruch narazí na otvor nebo drážku, oscilace se na ní doslova nakupí a postupně zanikají.
Důležité však je, že na stejné hraně, jenom na druhé - spodní straně zlatého filmu, na kontaktu s dielektrikem (sklem) se indukují sekundární (párové) oscilace vodivostních elektronů. Když zanikají, emitují fotony se stejnou energií, jakou mělo záření, které vyvolalo primární povrchové plazmony. Tento mechanismus umožňuje sklem přetransformovat i fotony, které by se jinak od jeho povrchu odrazily. Spektrální rozsah i množství světla „přenášeného“ zlatou vrstvou lze ovlivnit nejen šířkou drážek, ale i jejich gravírováním do tvaru písmene U.
K čemu se dají tyto výsledky výzkumu zveřejněné v časopisu Applied Physics Letters využít? Na zprůhlednění okenních skel jistě ne. Výzkumníci ale slibují zvýšení jasu světlo emitujících diod LED a OLED (Organic Light Emitting Diode), které nepropustí poměrně velkou část fotonů vyzářených emisní vrstvou. Důvodem je malý kritický úhel, který je v případě často používaného fosfidu galia (GaP) jenom necelých 15 stupňů od normály, tedy kolmice k povrchu. Fotony dopadající pod větším úhlem se odrazí. A právě vrstvička plazmonových krystalů by umožnila část (okolo 50 %) tohoto ztrátového světla přetransportovat. Plazmonové krystaly by měly zvětšit i zorný úhel i zářivost plochých obrazovek nebo displejů elektronických zařízení.
I když jde o zajímavý princip, není převratnou novinkou, jen novou aplikací známých poznatků. Těm, kteří by se rádi dověděli o fyzice a využití povrchových plazmonů více, doporučujeme přehledný, 183stránkový článek Nano-optics of surface plasmon polaritons a zejména hodinovou přednášku Surface plasmons meet organic optoelectronics Joachima R. Krenna z rakouského Institute of Nanostructured Materials and Photonics, Joanneum Research.
Diskuze:
Bimetalicke nanoanteny pro rozdeleni svetla
Martin Tůma,2011-09-29 12:23:46
Rad bych k clanku doplnil jeste nasledujici zpravu:
http://www.chalmers.se/en/news/Pages/Bimetallic-nanoantenna-separates-colours-of-light.aspx
Jedna se o podobny vyzkum - pouze s tim rozdilem, ze misto nanostruktury ze zlata se zde pouziva bimetalicka zlato - stribro antena. Diky rozdilnemu chovani plasmonu na zlate a stribrne casti je potom od sebe mozne oddelit cervene a modre svetlo.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
