Нанофотоніка: світло в наномасштабі

📋 TL;DR

Нанофотоніка - контроль світла на наномасштабі

Плазмони - локалізація світла в наночастинках

Фотонні кристали - періодичні структури для світла

Метаматеріали - незвичайні оптичні властивості

Застосування - SERS, невидимість, сенсори, фотоніка

💡 Вступ

Нанофотоніка — галузь науки, що вивчає взаємодію світла з наноматеріалами та структурами з метою контролю його поведінки на субхвильовій довжині.

⚛️ Локалізовані поверхневі плазмони

Фізика

У наночастинках зір виникають локалізовані поверхневі плазмони.

На частотах ω = ωp/√(1+2εm) для сфери

Залежність від розміру, форми, середовища

Можлива локалізація полів з порядком зменшення довжини хвилі

Застосування LSPR

Детекція та аналітика

Каталітичне та терапевтичне дії

Поширені носії: Au, Ag, сплави

📐 Фотонні кристали

Оптичні смуги

Періодичні оптичні структури з “photo bandgaps”.

Кулонівські/важко-масні носії, topology-driven

Контроль спрямування та групової швидкості

Архітектури 1D–3D

Вироби

Лінзи та дзеркала

Лазери й перемикачі

Додатки в IoT та візуалізації

🔮 Метаматеріали

Негативні індекси

Структури з наближеною ε < 0 або μ < 0.

Оптичний нагрівач та подолання дифракційної межі

Проксі-змішення згеометризовані носії

“Невидимість”

Перетворення координат

Радіочастотні аналізи, можлива оптична реалізація

🎨 Поверхнево-посилена спектроскопія

Походження сигналу

Електричне підсилення через локальні поля

Підсилення ~10⁶–10⁸

Розкладання по лініям

Додатки

Біоаналітика

Детектування одиночних молекул, криміналістика

🔬 Квантові точки як люмінофори

Властивості

Дискретні рівні, вузькі смуги люмінофорів

Фотостійкість

Просторова роздільність ≤ λ/4

Додатки

Дісплеї, біоіміджинг та терапевтика

Фотоніка та сонячні комірки

🏥 Медичні додатки

Діагностика

Контрасти LSPR

Детекція таргетних молекул

Терапія

Локальне нагрівання при ПТТ

Поєднання діагностики та лікування

⚡ Нанолазери

Принципи

Без порога при малих резонаторах.

Підсилення та локальна фіксація

Фотонні кристали як антени

Кандидати: нановолокна, кубики, триади

🎓 Висновок

Нанофотоніка забезпечує надзвичайний контроль світла для оптики, медицини, комунікацій та енергетики. Очікуються конфігурації з квантовим та топологічним контролем.

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Brownian Motion — Nanoparticle Diffusion Simulator і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.