Otkrivene rupe koje blokiraju prolazak svjetlosti

Način na koji se svjetlost giba, uz konstantnu brzinu i svojstvo ponašanja kao val i čestica istovremeno, često je sve što je potrebno za neke od najzanimljivijih fizikalnih paradoksa. A novi je upravo pronađen - kada se u sloju zlata toliko tankom da je već poluprozirno naprave rupe, kroz njega će proći manja količina svjetlosti nego kroz cjeloviti sloj.

Zbog svoje valne prirode svjetlo se, u načelu, ne može 'provući' kroz rupe manjeg promjera od svoje valne duljine. No, 1998. znanstvenici su otkrili kako svjetlost ipak može proći kroz određene uzorke takvih rupa probušenih na tankim metalnim filmovima.

Fizičari su zaključili da svjetlo stvara valove među elektronima metala (plasmoni) koji se površinom materijala kreću vrlo slično vodenim valovima. Plasmoni, čija je valna duljina mnogo manja od valne duljine svjetla, sparuju se kroz rupe i tijekom toga sa sobom 'provuku' i svjetlo. Odmah je uviđeno kako bi se taj mehanizam mogao iskoristiti za izradu nove generacije integriranih vodiča baziranih na svjetlosti, koji bi omogućavali brzine prijenosa kao optički vodiči, ali bi bili manji, piše ScienceNOW.

Ovaj novi 'zlatni' paradoks otkrili su istraživači sa sveučilišta u Stuttgartu. Oni su ionskim zrakama na tankom filmu zlata postavljenom na staklenu podlogu izbušili kvadratnu mrežu rupa. Promjer rupa je bio manji od valne duljine svjetla, ali dovoljno velik da potvrdi otkriće eksperimenta iz 1998. kada je korišten deblji sloj zlata. U stuttgartskom eksperimentu film zlata bio je debeo samo 20 nanometara što je dovoljno da omogući prolazak svjetla kroz materijal. Istraživači su zbog toga ostali iznenađeni otkrićem da kroz probušeni film zlata prolazi manje svjetla nego kroz cjeloviti.

Zašto?

Istraživači vjeruju da je kriva debljina takvog poluprozirnog zlata. Ona dopušta da 40 posto svjetla prođe direktno kroz zlato, a to onemogućuje njegovo zaustavljanje na površini gdje se stvaraju plasmoni. Oni nastaju kao posljedica energije koju na površinu donosi svjetlo, u kombinaciji s načinom na se koji njihovi valovi kreću ovisno o geometriji rupa u materijalu. Svjetlo stoga mora biti u pravom omjeru i količini da bi maksimiziralo pojavu plasmona, a kako ga na površini poluprozirnog zraka ostaje samo 60 posto, do efekta 'plasmonske vožnje svjetla' kroz rupice ne može doći, pojašnjeno je u prošlotjednom izdanju Physical Review Lettersa.

Fizičar Martin P. van Exter s nizozemskog sveučilišta Leiden kaže kako se interakciju geometrije rupa i svjetla moglo očekivati, ali i napominje kako zlato uvijek apsorbira svjetlo na specifičan način što je na kraju i razlog njegove specifične boje naspram drugih metala, a prema njegovom mišljenju možda ima utjecaja i na ovaj novi paradoks.

Sudionik istraživanja Bruno Gompf kaže kako slijedi provjera dolazi li do istog efekta i kod drugačijih geometrijskih oblika rupa. Ako se za neki uzorak ispostavi da blokira samo određene valne duljine svjetla oni bi, prema Gompfu, mogli biti korišteni za izradu budućih plazmičkih integriranih čipova.