Как «пролить» свет по собственному желанию

Молекулярное «переключение» ультрафиолета и видимого света с помощью молекулы, меняющей свою форму. Справа – красный атом в «разомкнутом» состоянии, слева – атом замкнул молекулярное кольцо. Иллюстрация Physorg

Плазмоны представляют собой коллективные волны поверхностных электронов, генерируемые светом, взаимодействующим с материей. Два года назад ученые из Колумбийского университета в Нью-Йорке сообщили, что плазмоны, возникающие от воздействия на поверхность металла инфракрасным излучением (ИР), распространяются благодаря гиперболическим узлам.

В эксперименте использовался полуметалл состава ZrSiSe, который при инфракрасном освещении генерировал гиперболические волны в виде вогнутой вниз чаши, уходящие в материал, где и формируют узлы (nodes).

Плазмоны в металле состава CsVSb получили недавно физики пекинского Университета Циньхуа и их коллеги из Флоридского университета в г. Таллахасси. Для управления частотой и дисперсией плазмонных волн авторы использовали изменение толщины чешуек металла. Использование ИР-лучей разной частоты открыло возможность управляемой трансформации гиперболическими плазмонами с одновременным подавлением их рассеяния. Все это очень важно для обработки информации в оптических системах и чипах.

В свое время индиец Шатьендранат Бозе, в честь которого названы элементарные частицы – бозоны (противоположными им являются фермионы, к которым относятся электроны), описал вместе с Альбертом Эйнштейном конденсат сверхохлажденных атомов. Это экзотическое состояние вещества получило название ВЕС (конденсат Бозе–Эйнштейна). Со временем ученые научились охлаждать атомы с помощью лазеров, фотоны которых гасят тепловые колебания атомов.

В Университете Пурдью в г. Лафайет (США) смогли с помощью оптического накачивания охладить 70 атомов до температуры практически абсолютного нуля: 0,00002 К (минус 273 °С). Охлажденные до такой температуры атомы сохраняют свою «обездвиженность» в течение 0,7 секунды. По словам авторов, холодные атомы показывали кооперативное спаривание (coupling) в резонаторе, представляющем собой микрокольцо. Сейчас физики работают над созданием ловушек для больших атомных ансамблей с целью построения нанофотонных цепей для различных квантовых приложений.

Подавляющее число пользователей интернета знают, что он стал возможным благодаря прокладке оптоволоконных кабелей, в которых используется «длинный» инфракрасный свет с длиной волны около 1500 нанометров (1,5 микрона). Специалисты Высшей школы технологии в Монреале предложили «дополнять» (делать допинг) широко известного эластомера PDMS (полидиметил-силоксана) веществом, имеющим функциональную группу Si-O-Si. Это позволило использовать видимый луч лазера с длиной волны 633 нанометра.

Эластические свойства материала позволили создать гибкий волновод длиной до 21 см, который легко сворачивается в петлю. При этом ее сенсорные свойства при определении ультрафиолета сохраняются до 70 °С.

Канадцы надеются, что эластомер-полимерные сенсоры и волноводы найдут широкое применение. Дело в том, что органический краситель с функциональной группой Si-O-Si, реагируя на ультрафиолет, начинает выполнять функцию молекулярного переключателя. При этом после отключения ультрафиолета молекула красителя возвращается в исходную форму. И такие циклы могут повторяться многократно.

Оптики из Технологического университета в китайском г. Хефэй предложили оригинальное использование довольно сложного состава – (SrBa) GaOCr. Он реагирует на широкополосный инфракрасный (ИК) свет. Диоды, испускающие свет (более привычно светодиоды – LED), демонстрируют высокую степень поглощения и квантовую эффективность, достигающую 97,34% даже при нагревании до 150 °С. LED-устройства излучают широкополосный ИК свет, активно поглощаемый молекулами гемо- и миоглобина, содержащими железо. Китайцы уверены, что это можно использовать для фотомедицины.

Действительно, хорошо известно, что поглощающее свет железо нагревает клеточное окружение (убивая при этом, например, раковые клетки). Авторы исследования пишут о возможности подавления мозгового воспаления путем воздействия на сверхактивную микроглию. Последняя представляет собой мелкие клетки центральной нервной системы, выполняющие функцию мечниковских макрофагов.

С помощью новых фоточувствительных материалов ученые надеются лечить людей с различными нейродегенеративными заболеваниями, которые вызываются аномальной реакцией клеток микроглии. Среди них – болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также бокового амиотрофического склероза.