Переключение светом: По мостику
Уже несколько лет ученые разных стран активно занимаются тем, что учатся манипулировать наноразмерными структурами с помощью света, заставляют их двигаться или колебаться с нужной частотой. Например, фокусируя свет определенной частоты на вибрирующем объекте, можно заставить его поглощать у него энергию колебаний, переводя его в другое состояние — так, совсем недавно группе Оскара Пэйнтера (Oskar Painter) удалось этим методом посредством лазера охладить до теоретически возможного минимума, т.н. основного состояния.
Несколько по-иному рассмотрели вопрос исследователи из лаборатории Yale Nanodevices: используя лазер для накачки энергией крохотного кремниевого мостика, они научились переводить его в любое из двух стабильных конфигураций — по сути, превратив мостик в миниатюрный переключатель.
Возьмем кремниевую структуру 10 мкм в длину, 500 нм в ширину и 110 нм толщины и подвесим на высоте 250 нм над стеклянной подложкой. Достаточно ее удалить, чтобы кремниевый мостик слегка увеличился в размерах, переходя в одно из двух состояний — выгибаясь либо вверх, либо вниз. Задача состоит в том, чтобы с помощью лазерного луча контролировать этот переход и по нашему желанию переводить мостик в одно из этих двух состояний.
Для этого мостик был сделан частью более сложной структуры, по которой движется падающий на нее лазерный луч определенной (назовем ее «оптимальной») длины волны. Впрочем, наличие гибкого мостика, способного изгибаться и вибрировать, позволяет свету двигаться по структуре, даже если его длина волны немного отличается от оптимальной. Чуть более длинноволновое излучение получает дополнительную энергию от вибраций мостика, замедляя их, а чуть более короткие волны, наоборот, ускоряет вибрацию мостика, сбрасывая в эти движения излишек энергии. Ну а во-вторых, если мостик находится в одном положении (выгнутом), подходящая длина волны становится чуть больше.
Теперь начнем с одного из фиксированных положений мостика — скажем, с вогнутого. Если накачивать в систему излучение, чуть более коротковолновое (и высокоэнергетическое), нежели оптимально, избыток его энергии будет передаваться на мостик, усиливая его колебания. Постепенно их амплитуда станет так велика, что мостик перескочит в другое положение — из вогнутого в выгнутое. Остается зафиксировать его здесь, запуская в систему низкоэнергетическое длинноволновое излучение, которое «охладит» мостик, поглотив лишнюю энергию его колебаний.
Такие световые переключатели могут стать важнейшими компонентами будущих оптомеханических и оптоэлектронных устройств. Читайте также о том, как свет может контролировать ход химических реакций: «Управление светом».
По публикации ScienceNOW