Методом полевой микроскопии обнаружено фемтосекундное оптическое переключение в нанокристаллах оксида индия-олова размером 15 нм
Подобно тому, как антенна взаимодействует с радиоволнами, свет взаимодействует с металлическими наноструктурами. Поэтому понимание того, как структура влияет на колебания поля, дает ценные сведения о физических свойствах самой структуры. Международная исследовательская группа, в которую входят ученые из Института науки о свете им. Макса Планка (MPL), изучает изменения колебаний поля, происходящие при взаимодействии света с нанокристаллами оксида индия-олова (ITO). В рамках совместного исследовательского проекта с участием MPL и Политехнического университета Турина ученые использовали метод разрешения поля впервые для изучения взаимодействия света (в виде коротких лазерных импульсов) с нанокристаллами ITO. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Science.
Фото. Изображение нанокристаллов ITO, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа. Они имеют диаметр приблизительно 15 нм и образуют однородную пленку на стеклянной подложке. Предоставлено исследовательской группой Илки Кригель из Политехнического университета Турина. Авторство: MPL, Эдуард Бутцен
Было обнаружено, что взаимодействие света с нанокристаллами происходит настолько быстро, что его эффект можно наблюдать между отдельными циклами колеблющейся световой волны.
Кроме того, учёные изучили, как материал становится более прозрачным с увеличением интенсивности света. Этот эффект можно интерпретировать как переключение между состоянием "включено" при высокой интенсивности и состоянием "выключено" при более низкой интенсивности, что делает этот материал пригодным для данного применения. Однако, если свет слишком сильный, переключатель не возвращается в исходное состояние и остается постоянно включенным. С помощью полевой микроскопии эффекты были измерены в фемтосекундном масштабе времени. Это демонстрирует ограничения материала для данного применения и должно быть учтено в будущих экспериментах.
Нанокристаллы ITO имеют диаметр 15 нм, что значительно меньше длины волны света, используемого в эксперименте, которая составляет приблизительно 2000 нм. При возбуждении световой волной соответствующей частоты электроны на их поверхности колеблются с определенной частотой. Колеблющиеся электроны (локализованные поверхностные плазмоны) взаимодействуют обратно со световой волной, которая их возбуждает, подобно тому, как антенна искажает падающую радиоволну. Материал возбуждается и становится менее прозрачным для света соответствующей длины волны.
Метод измерения с использованием полевых измерений позволяет визуализировать влияние нанокристаллов на свет. Колебания электрического поля короткого лазерного импульса измеряются непосредственно, что позволяет получить информацию об оптических свойствах образца. Это дает исследователям возможность изучать взаимодействие света и вещества в масштабах времени, меньших, чем период используемых оптических волн.
