13.02.2013

Эффект экстраординарного оптического прохождения получил дополнительное объяснение

Международная группа учёных, собранная под тёплое крылышко Лейденского университета (Нидерланды), поставила серию экспериментов, призванных пролить новый свет на оптический феномен, который известен как эффект экстраординарного оптического прохождения (ЭОП).

ЭОП можно наблюдать, посветив на металлическую фольгу с высверленными дырочками диаметром меньше длины волны падающего света. Несмотря на то что в этом случае отверстия будут, очевидно, слишком малы для того, чтобы позволить свету пройти сквозь металлическую фольгу, именно это всё-таки и происходит. Феномен всегда объяснялся особенностями поведения поверхностных плазмонов, представляющих собой согласованные колебания электронов, которые происходят под действием падающего на них света (и не без основания, поскольку эффект ЭОП характерен лишь для металлической фольги, но не наблюдается в полимерных плёнках). Свет вызывает возникновение согласованного движения потока электронов на поверхности металла. При появлении на пути потока дырки плазмоны ныряют в неё, вызывая свечение с обратной стороны фольги, которое воспринимается наблюдателем как исходный свет.

Теория простая и разумная, но, к сожалению, как показали дальнейшие исследования, неполная. Одни только плазмоны никак не могли объяснить наблюдаемый феномен. Например, просверливание меньшего количества дырок, но большего размера (вплоть до единственной дырки, объём которой равен сумме объёмов всех остальных) приводило к уменьшению светимости на обратной стороне фольги, в то время как изготовление более тонкой перфорированной фольги не влекло за собой ожидаемого увеличения светимости. (Позже было показано, что более тонкий металл не позволяет проходить большему количеству света; вместо этого наблюдается прямое возбуждение поверхностных электронов на обратной стороне фольги проходящими сквозь неё фотонами, а это уже не ЭОП.)

Всё это в конечном итоге привело физиков к идее о том, что, помимо плазмонов, влияние на величину ЭОП оказывают также квазицилиндрические волны, которые отражают изменение характера поведения электронов в области дырок. Единственное, что было не совсем ясно, — процент вклада каждого из двух типов колебаний в общий ЭОП-эффект.

Чтобы это выяснить, учёные просверлили отверстия в нескольких идентичных металлических пластинках. По горизонтали расстояния между ними немного варьировались, в то время как по вертикали сохранялись неизменными. Все пластинки облучались светом одной длины волны, при этом регистрировалось количество света, проходящего сквозь отверстия на разных пластинках, и полученные данные сравнивались. В результате учёные смогли измерить величину воздействия каждой из двух форм колебаний на количество света, излучаемого с противоположной стороны пластинки.

Подробнее о результатах исследования можно узнать из статьи, опубликованной в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Phys.Org.

Роман Иванов

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА