Протягом багатьох століть вчені вірили, що світло можна сфокусувати в пучок, діаметр якого менший за довжину його хвилі (близько мільйонна частка метра). Дослідникам з Кембриджа вдалося створити аналог побільшуючого скла, яке фокусує світло в мільярд разів ефективніше – до масштабів окремого атома.
Художня візуалізація нових методів вивчення взаємодії світла і матерії.
Разом з колегами з Іспанії дослідники використали наночастки золота з високою провідністю, щоб створити найменший в світі оптичний резонатор, що пропускає лише одну молекулу. Цей резонатор, названий «пікорезонатором», містить опуклість в наноструктурах золота розміром з окремий атом, які утримують світлову хвилю на відстані до мільярдної частки метра. Результати, опубліковані в журналі Science, відкривають нові можливості у вивченні взаємодії світла та матерії. В такому оптичному резонаторі молекули, наприклад, можуть вступати в цілком нові види хімічних реакцій, що потенційно дозволяє створити зовсім нові типи сенсорів.
За словами науковців, створення таких наноструктур, які дозволяють маніпулювати окремими атомами, було надзвичайно складним технічним завданням. «Для того, щоб сповільнити “метушливі” атоми золота, нам довелося охолодити їх до температури -260°C», – каже головний автор дослідження Фелікс Бенц. На наночастки спрямували лазерний промінь, створивши у такий спосіб пікорезонатор, який дозволив дослідникам в реальному часі спостерігати за рухом окремих атомів.
«Ця модель продемонструвала, що окремі атоми можуть виконувати функцію громовідводу, вловлюючи замість електрики світло», – каже професор Хав’єр Єйзпуруа з Центру фізики матеріалів у м. Сан-Себастьян (Іспанія), який очолював теоретичну секцію дослідження.
«Окремі атоми золота поводились в цьому експерименті, наче мініатюрна вальниця, в якій роль тіл кочення виконували електрони, які вільно переміщувалися. Це дуже відрізняється від їх квантової поведінки, що прив’язує їх до ядер атомів», – каже професор Джеремі Баумберг з Центру нанофотоніки Кавендішської лабораторії Кембриджського університету, який очолював дослідження.
Результати цього експерименту потенційно відкривають нову еру хімічних реакцій, в яких роль каталізатора виконує світло.Такі реакції дозволятимуть створювати складні молекули з малих компонентів. Крім того, він відкриває перспективу появи опто-метахічних пристроїв зберігання даних, в яких інформація записуватиметься і зчитуватиметься у формі молекулярних вібрацій.
World's smallest magnifying glass makes it possible to see chemical bonds between atoms
ScienceDaily, 10/11/2016
Зреферував Євген Ланюк
13.11.2016