Plasmon Nanojet：超透镜将光挤入纳米空间

艺术家对超透镜的构想将激光束压缩为更易于控制的低波长电磁振荡。向下滚动以获得更准确的图形表示。

等离子纳米射流：物理学家实现了对等离激元亚波长聚焦的有效机制。

俄罗斯和丹麦的研究人员首次对等离激元纳米射流进行了实验观察。这种物理现象可以实现光的纳米级聚焦，并且从理论上讲，允许工程师绕过普通会聚透镜的基本限制之一。为了将它们用作紧凑型设备中的信号载体，必须对光波进行严格压缩，这种设备的工作速度将比当今的电子产品快得多。该研究发表在2020年6月15日的《光学快报》上。

在可以使用激光笔之前，浪漫小说中多情的英雄们必须将小石头扔进他们心爱的窗户，以表明自己的存在。岩石作为信号载体的众多弊端之一就是质量大，这意味着发送消息需要花费时间和精力。尽管电子的重量不及岩石，但仍不能立即使其运动。如果我们可以用光子（无质量的光粒子）代替微电路中的电子，那么最终的装置将运行得更快。

基于等离子纳米射流的超透镜。当波长的激光脉冲照λ射到金膜中的衍射光栅上时，会引起另一种类型的电磁激发，称为表面等离激元极化子。当它们穿过方形纳米粒子时，它们会沿着金膜传播，并受到60％λ的压缩，使其波长为0.6。这项在研究中首次观察到的所谓的等离激元纳米射流效应，为将光局部化到在快速而紧凑的光学计算机中使用它的可行性提供了诱人的前景。

工程师需要微型化是阻止工程师放弃电子芯片而采用光子类似物的原因。借助当今的技术，此类光学设备将具有巨大的尺寸。为了使它们更小，工程师们需要一种控制光子的方法，这种光子必须如此小，以至于必须将光波本身局限在一个最小的空间内。理想情况下，需要将光聚焦到小于原始波长的50％的光斑中。尽管由于所谓的衍射极限，在经典光学中是不可能做到的，但是现代研究已经找到了解决它的几种方法。而新近观察到的等离激元纳米射流很可能成为其中之一。

一个由俄罗斯和丹麦的物理学家组成的小组创建了一个聚焦组件，即纳米透镜，可以将光转换成特殊类型的电磁波，并将其压缩到初始辐射波长的60％。这种新设备由一块方形的介电材料5组成，其尺寸为5微米，厚度为0.25微米。如p 1所示，正方形粒子位于0.1微米的金膜上，紧挨着衍射光栅，该光栅使光衍射。

论文的合著者Valentyn Volkov正在研究近场显微镜。在研究中使用了这种设备，以首次观察到等离激元纳米射流。

用激光照亮金膜中的光栅会产生称为表面等离振子极化子的激发，这些激发沿金属表面传播。这些SPP本质上是彼此耦合并一起传播的两种波。首先，金中的电子发生集体振荡（即等离激元部分），然后还有一个称为极化子的表面光波。将光转换为SPP的要点是，有多种方法可以将它们聚焦到比初始激光脉冲更大的程度。

该论文的主要作者，托木斯克理工大学的Igor Minin教授说：“实现亚波长聚焦的一种机制依赖于等离激元纳米射流，这是我们在实验中首次观察到的现象。”

关于为什么波在超透镜中受到压缩的科学解释如下。“使用计算机模拟，我们可以得出金膜中电介质颗粒和衍射网格的适当尺寸。当这些参数正确时，SPP在粒子的不同点具有不同的相速度。这将导致波前弯曲，从而在粒子中产生涡旋，从而在粒子后面形成一个密集的区域，我们称其为等离激元纳米射流。”研究合著者Dmitry Ponomarev说道，他是MIPT二维材料实验室的主要研究员，纳米器件和俄罗斯科学院莫克罗夫超高频半导体电子研究所副所长。

这项研究证明了一种新的有效机制，可以将辐射强力定位并在纳米尺度上进行操纵，这是在光子和等离子设备中密集包装光学组件的先决条件，该组件的运行速度将比传统电子设备快得多。

共同撰写了该研究的MIPT光子学和2D材料中心的负责人Valentyn Volkov补充说：“通过中心研究人员以及莫斯科，托木斯克和哥本哈根的同事的共同努力，对等离激元纳米喷嘴的实验观察成为可能。这项合作还没有结束，我们正计划展示与等离激元纳米射流的形成，传播和应用有关的其他令人兴奋的效果。”

参考：Igor V. Minin，Oleg V. Minin，Igor A. Glinskiy，Rustam A. Khabibulin，Radu Malureanu，Andrei V. Lavrinenko，Dmitry I. Yakubovsky，Aleksey V. Arsenin，Valentyn S.的“等离子体纳米射流：实验演示”。沃尔科夫和德米特里·波诺马列夫（Dmitry S.Ponomarev），2020年6月9日，《光学快报》。
10.1364 / OL.391861