Ngày 07 tháng 2023 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Xoáy plasmon là sự phân bố trường quang học với các đặc điểm tôpô được hình thành bằng cách giao thoa với các plasmon bề mặt, làm phong phú thêm lớp hiện tượng xoáy trong tự nhiên. Nhờ đặc tính động lượng góc quỹ đạo đặc biệt của chúng trong vùng trường phù du, các xoáy plasmonic hứa hẹn sẽ có nhiều ứng dụng tiên tiến, chẳng hạn như nhíp plasmonic để thao tác vi hạt và xử lý thông tin lượng tử trên chip. Do đó, các phương pháp tạo ra và động lực tiến hóa của các xoáy plasmonic đã khơi dậy sự nhiệt tình nghiên cứu lớn trong thập kỷ qua, đã cung cấp nhiều hiểu biết sâu sắc về bản chất của xoáy plasmonic và nhanh chóng thúc đẩy các ứng dụng liên quan về phía trước. Để tạo xoáy plasmon, phương pháp phổ biến nhất là xây dựng các bộ ghép đặc biệt và sử dụng bậc tự do thiết kế của pha truyền và pha hình học để chuyển đổi ánh sáng phân cực tròn mang xung lượng góc quay thành xoáy plasmonic trên chip. Mặc dù việc sử dụng duy nhất hoặc kết hợp pha lan truyền và pha hình học đều có thể đạt được dòng xoáy plasmonic của điện tích tôpô mục tiêu, sự khác biệt thực tế về động lực học không gian của chúng vẫn chưa được khám phá. Đối với các phương pháp mô tả đặc tính, kính hiển vi điện tử quang hóa và kính hiển vi quang học trường gần phi tuyến hiện đang được sử dụng bị giới hạn bởi nguyên lý thăm dò và hệ thống quang học, do đó khó có thể thu được động lực tiến hóa chính xác. Nghiên cứu được ghi lại trong bài viết này chủ yếu tập trung vào đặc tính khách quan của xoáy plasmonic và việc điều chỉnh chủ quan động lực không gian thời gian của nó cho các ứng dụng cụ thể vẫn chưa đạt được. Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Thiên Tân, Đại học Công nghệ Điện tử Quế Lâm và các tác giả của bài viết này (Những tiến bộ về quang điện tử, “Điều chỉnh động lực không gian thời gian của các xoáy plasmonic”) đề xuất một phương pháp mới để điều chỉnh động lực học không gian của các xoáy plasmonic. Người ta đã chứng minh rằng các xoáy plasmonic có cùng điện tích tôpô có thể được tạo ra với động lực không gian thời gian riêng biệt bằng cách thay đổi thiết kế bộ ghép (Hình 1).
Hình 1. Sơ đồ về quá trình tiến hóa theo thời gian của các xoáy plasmon có cùng điện tích tôpô được tạo ra bởi các bộ ghép khác nhau. (ac) Mẫu 1 chỉ giới thiệu pha hình học thông qua việc thay đổi các góc định hướng của bộ cộng hưởng khe. (df) Mẫu 2 giới thiệu cả pha hình học và pha truyền thông qua việc thay đổi vị trí hướng tâm của các cặp khe. (© Opto-Electronic Advances) Thông tin về biên độ và pha đầy đủ của các trường plasmon bề mặt cũng như động lực tiến hóa chính xác với độ phân giải thời gian cực cao được thu được trực tiếp dựa trên kính hiển vi terahertz quét trường gần. Dựa trên các cặp khe trực giao, nhóm đã thiết kế hai bộ ghép xoáy plasmon để tạo ra các xoáy plasmon có cùng điện tích tôpô (l = 4). Bằng cách đưa ra pha lan truyền và pha hình học khác nhau, động lực không gian theo thời gian của các xoáy plasmonic được tạo ra có thể hoàn toàn khác nhau. Để tiết lộ một cách số lượng các quá trình hình thành, cách mạng và phân rã trong thời gian tồn tại của xoáy plasmonic, nhóm đã khái quát nguyên lý 2D Huygens-Fresnel thành miền thời gian và thu được ảnh chụp nhanh được giải quyết theo thời gian của sự phân bố trường xoáy plasmonic (Hình 2). Mặc dù hiệu suất của hai bộ ghép trong miền tần số là tương tự nhau, nhưng về cường độ và phân bố pha, động lực học không gian và thời gian của hai xoáy plasmonic có những đặc điểm riêng biệt. Như được mô tả trong các hình, các trường plasmon bề mặt tiếp cận và phân rã đồng thời (Mẫu 1) hoặc liên tiếp (Mẫu 2) trên cùng một quỹ đạo quay, tương ứng với tính đồng nhất hoặc sự phân hủy của động lượng góc quỹ đạo mang theo trong phân bố không gian và thời gian. Các kết quả dựa trên kính hiển vi terahertz quét trường gần đã tiết lộ động lực tiến hóa không gian và thời gian chính xác của các xoáy plasmon với độ phân giải cực cao (~ 1/66 chu kỳ quang học ở tần số trung tâm) và đã xác minh bằng thực nghiệm tính khả thi của việc điều chỉnh động lượng góc quỹ đạo plasmonic theo thời gian. -domain dựa trên các thiết kế bộ ghép xoáy plasmonic khác nhau.
Hình 2. Sơ đồ cấu trúc thiết kế và kết quả số tương ứng. Thiết kế bộ ghép và các trường cường độ cũng như phân bố pha tương ứng cho Mẫu 1 (ac) và Mẫu 2 (df). Ảnh chụp nhanh trường biên độ chuẩn hóa (g, i) và giá trị biên độ tuyệt đối được trích xuất trên quỹ đạo mục tiêu (h, j) tương ứng cho Mẫu 1 và Mẫu 2. (© Opto-Electronic Advances) Nghiên cứu này về các hành vi tiến hóa và hình thành khác biệt của các xoáy plasmonic có tầm quan trọng rất lớn đối với các ứng dụng thực tế liên quan đến các đặc tính thay đổi theo thời gian. Việc điều khiển động lượng góc quỹ đạo theo cả chiều không gian và thời gian sẽ mang lại mức độ tự do thiết kế mới và độ chính xác cao hơn cho nhíp plasmonic và xử lý thông tin trên chip. Ngoài ra, chiến lược đề xuất mang tính tổng quát và có thể được áp dụng trực tiếp cho các chế độ hồng ngoại và khả kiến, cung cấp một cách tiếp cận mới để khám phá bản chất nội tại hơn và các ứng dụng tiềm năng của các xoáy plasmonic.
Hình 1. Sơ đồ về quá trình tiến hóa theo thời gian của các xoáy plasmon có cùng điện tích tôpô được tạo ra bởi các bộ ghép khác nhau. (ac) Mẫu 1 chỉ giới thiệu pha hình học thông qua việc thay đổi các góc định hướng của bộ cộng hưởng khe. (df) Mẫu 2 giới thiệu cả pha hình học và pha truyền thông qua việc thay đổi vị trí hướng tâm của các cặp khe. (© Opto-Electronic Advances) Thông tin về biên độ và pha đầy đủ của các trường plasmon bề mặt cũng như động lực tiến hóa chính xác với độ phân giải thời gian cực cao được thu được trực tiếp dựa trên kính hiển vi terahertz quét trường gần. Dựa trên các cặp khe trực giao, nhóm đã thiết kế hai bộ ghép xoáy plasmon để tạo ra các xoáy plasmon có cùng điện tích tôpô (l = 4). Bằng cách đưa ra pha lan truyền và pha hình học khác nhau, động lực không gian theo thời gian của các xoáy plasmonic được tạo ra có thể hoàn toàn khác nhau. Để tiết lộ một cách số lượng các quá trình hình thành, cách mạng và phân rã trong thời gian tồn tại của xoáy plasmonic, nhóm đã khái quát nguyên lý 2D Huygens-Fresnel thành miền thời gian và thu được ảnh chụp nhanh được giải quyết theo thời gian của sự phân bố trường xoáy plasmonic (Hình 2). Mặc dù hiệu suất của hai bộ ghép trong miền tần số là tương tự nhau, nhưng về cường độ và phân bố pha, động lực học không gian và thời gian của hai xoáy plasmonic có những đặc điểm riêng biệt. Như được mô tả trong các hình, các trường plasmon bề mặt tiếp cận và phân rã đồng thời (Mẫu 1) hoặc liên tiếp (Mẫu 2) trên cùng một quỹ đạo quay, tương ứng với tính đồng nhất hoặc sự phân hủy của động lượng góc quỹ đạo mang theo trong phân bố không gian và thời gian. Các kết quả dựa trên kính hiển vi terahertz quét trường gần đã tiết lộ động lực tiến hóa không gian và thời gian chính xác của các xoáy plasmon với độ phân giải cực cao (~ 1/66 chu kỳ quang học ở tần số trung tâm) và đã xác minh bằng thực nghiệm tính khả thi của việc điều chỉnh động lượng góc quỹ đạo plasmonic theo thời gian. -domain dựa trên các thiết kế bộ ghép xoáy plasmonic khác nhau.
Hình 2. Sơ đồ cấu trúc thiết kế và kết quả số tương ứng. Thiết kế bộ ghép và các trường cường độ cũng như phân bố pha tương ứng cho Mẫu 1 (ac) và Mẫu 2 (df). Ảnh chụp nhanh trường biên độ chuẩn hóa (g, i) và giá trị biên độ tuyệt đối được trích xuất trên quỹ đạo mục tiêu (h, j) tương ứng cho Mẫu 1 và Mẫu 2. (© Opto-Electronic Advances) Nghiên cứu này về các hành vi tiến hóa và hình thành khác biệt của các xoáy plasmonic có tầm quan trọng rất lớn đối với các ứng dụng thực tế liên quan đến các đặc tính thay đổi theo thời gian. Việc điều khiển động lượng góc quỹ đạo theo cả chiều không gian và thời gian sẽ mang lại mức độ tự do thiết kế mới và độ chính xác cao hơn cho nhíp plasmonic và xử lý thông tin trên chip. Ngoài ra, chiến lược đề xuất mang tính tổng quát và có thể được áp dụng trực tiếp cho các chế độ hồng ngoại và khả kiến, cung cấp một cách tiếp cận mới để khám phá bản chất nội tại hơn và các ứng dụng tiềm năng của các xoáy plasmonic.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến thức. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62108.php
