Розділ 8.5: Нанофотоніка: плазмоніка, метаматеріали та оптичні сенсори

Нанофотоніка — це дослідження світла на нанорозмірному рівні, яке включає маніпуляції світлом і керування ним за допомогою наноструктур і матеріалів. Він став важливою сферою досліджень і розробок із широким спектром застосувань, включаючи зв’язок, зондування та зображення.

Історія нанофотоніки починається з відкриття явища поверхневих плазмонів, які є колективними коливаннями вільних електронів на поверхні металу. Це явище вперше спостерігали Отто та інші в 1930-х роках, але лише в 1960-х дослідники почали досліджувати використання поверхневих плазмонів для зондування та інших застосувань.

У 1980-х і 1990-х роках галузь нанофотоніки почала формуватися як окрема область досліджень із розробкою нових матеріалів і технологій виготовлення, які дозволили створювати наноструктури з точним контролем їх форми, розміру та складу. Одним із ключових проривів у цій галузі стала розробка скануючого тунельного мікроскопа (СТМ) і атомно-силового мікроскопа (АСМ), які дозволили дослідникам візуалізувати та маніпулювати окремими атомами та молекулами.

На початку 2000-х років галузь плазмоніки почала розвиватися, коли дослідники досліджували використання плазмонних наноструктур для цілого ряду застосувань, включаючи зондування, зображення та перетворення енергії. Зокрема, використання плазмонних наноструктур для зондування викликало великий інтерес, оскільки ці структури можуть посилити взаємодію між світлом і речовиною, дозволяючи високочутливе та вибіркове виявлення широкого діапазону молекул і аналітів.

В останні роки галузь нанофотоніки продовжує розвиватися, дослідники досліджують нові матеріали та технології виготовлення, а також нові застосування в таких сферах, як телекомунікації, енергетика та квантові обчислення. Однією з сфер особливого інтересу є розробка метаматеріалів, які є штучними матеріалами з властивостями, які не властиві природним матеріалам. Ці матеріали мають потенціал зробити революцію в області оптики та фотоніки, починаючи з надшвидких обчислень і закінчуючи маскуванням і невидимістю.

Загалом, історія нанофотоніки відносно коротка, але швидко розвивається, постійно відбуваються нові відкриття та прориви. У міру того, як галузь продовжує розвиватися, цілком імовірно, що ми побачимо широкий спектр нових застосувань і технологій, які можуть трансформувати все: від комунікацій і зондування до медицини й енергетики.