Különleges tulajdonságaik miatt számos alkalmazásban fontos szerepet játszik a fémfelülethez kötött fény (plazmon). Magyar kutatók most egy olyan eszköz működését demonstrálták, amely ezen felületi plazmonok segítségével ultraérzékeny szenzorként és jelmoduláló eszközként is alkalmazható. A jövőbeli alkalmazásokban rejlő lehetőségek miatt ez egy rendkívül intenzíven kutatott területnek számít.
Ha fémeket lézerfénnyel világítunk meg, elektronjaikat olyan hullámmozgásra kényszeríthetjük, amelyek a vízhullámokhoz hasonlóan nagy távolságokra képesek eljutni. Ezt a haladó elektronhullámot felületi plazmonnak hívjuk. A plazmonoknak számos különleges tulajdonságuk van. Mivel a fém felületén terjedek, nagyon érzékenyek a felület változásaira. Terjedési sebességük a fénysebességhez közeli, és ha ultrarövid lézerimpulzussal keltjük őket, a keltett plazmonhullám is ultrarövid lesz, hossza a másodperc milliárdodrészének milliomodrészével mérhető.
E tulajdonságok rendkívül előnyösek lehetnek szenzorikai szempontból, amikor a felületen történő változásokról szeretnénk információt nyerni, valamint az ultragyors információtovábbítás területén, ahol a nagy sebesség és az adatcsomagok rövidsége alapvetően fontos.
A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont és az ELI-ALPS Lézeres Kutatóintézet együttműködésében kifejlesztett eszköz plazmonok segítségével képes mérni, hogy mi történik a fém elektronrendszerével, ha különböző színű lézerimpulzusokkal világítják meg. Dombi Péter, az Ultragyors Nanooptika Lendület Kutatócsoport és egyben a jelen kutatás vezetője elmondta: „Ezzel egyidejűleg azt is bemutattuk, hogy a lézerfény hatására a plazmonhullám intenzitása akár 40 százalékkal is modulálható, ami a kísérlet során használt minta információtovábbító eszközként történő alkalmazását is előrevetíti.”
A rangos Nano Letters tudományos folyóiratban megjelent publikációban a kutatók azt is bemutatják, hogy a fémben az elektronok energiája meglepő módon akkor lesz nagyobb, ha kisebb energiájú, vörös fénnyel világítják meg, mivel ekkor a fény energiája teljes egészében átadódhat az elektronoknak. Ha viszont a nagyobb energiájú kék fénnyel világítják meg a fémet, akkor egy másik elektrongerjesztési folyamat játszódik le. Ez már önmagában is sok energiát emészt fel, ezért a fémfelületen keletkező gerjesztett elektronok kisebb energiájúak lesznek.
Ezek az eredmények olyan elektrongerjesztési folyamatok kísérleti feltárásához visznek közelebb, amelyekről eddig nagyrészt csak elméleti eredmények álltak rendelkezésre. Dombi Péter kiemelte: a jövőbeli alkalmazásokban rejlő lehetőségek miatt ez egy rendkívül intenzíven kutatott terület.
„Az általunk az új eszközzel vizsgált úgynevezett forró elektronok hozzásegíthetnek hatékonyabb, különböző molekulákat detektálni képes felületi szenzorok kifejlesztéséhez vagy akár fény által elősegített, fotokatalitikus kémiai reakciók előidézéséhez ilyen fémfelületeken” – tette hozzá a kutatásvezető.