Ученые МГУ обнаружили аномальное квантовое поведение наночастиц щелочных металлов

Сотрудники факультета ВМК МГУ исследовали квантовые эффекты в парах наночастиц золота и натрия. Ученые выяснили, что натрий и золото демонстрируют диаметрально противоположные сценарии поведения в условиях квантового поверхностного отклика. Об этом сообщили в пресс-службе вуза. 

Полученные данные помогут управлять электромагнитными полями на масштабе нескольких нанометров, что может быть применено в медицине, материаловедении и телекоммуникациях. Результаты опубликованы в журнале Moscow University Physics Bulletin.

Современная нанооптика и нанофотоника используют металлические наночастицы для управления светом в сверхмалых масштабах. При взаимодействии наночастиц формируются «горячие точки» — области с аномально высоким электромагнитным полем. Эти эффекты лежат в основе новых сенсоров, технологий квантовой коммуникации и оптических вычислений. Однако при зазорах порядка нескольких нанометров классические модели начинают давать сбои: на первый план выходят квантовые эффекты.

Ученые МГУ показали, что золото и натрий ведут себя принципиально по-разному при учете квантовой поправки. В случае золота интенсивность поля в зазоре уменьшается, а плазмонный резонанс смещается в область более коротких волн. Для натрия наблюдается противоположная картина — усиление поля и смещение в длинноволновую область.

«Наши расчеты показали, что натрий и золото демонстрируют диаметрально противоположные сценарии поведения в условиях квантового поверхностного отклика. Для золота это механизм затухания, а для натрия — фактор усиления. Такое различие открывает новые возможности для использования щелочных металлов в нанофотонике», — подчеркивает Владимир Лопушенко, ведущий научный сотрудник лаборатории математической физики факультета ВМК МГУ.

Для анализа ученые применили метод дискретных источников и параметры Файбельмана, позволяющие учесть пространственную нелокальность и «выплеск» электронов за пределы поверхности металла. Это дает возможность описывать процессы, которые не учитываются в рамках классической электродинамики, но критически важны при работе на наноуровне.

«Мы впервые количественно описали аномальное усиление поля в парах наночастиц натрия. Такой эффект может быть востребован при разработке оптических сенсоров нового поколения, работающих на основе плазмонных резонансов. Он также открывает путь к новым схемам управления светом в наноструктурах», — отмечает Юрий Еремин, ведущий научный сотрудник лаборатории вычислительной электродинамики факультета ВМК МГУ.

Авторы подчеркивают, что их работа важна не только для фундаментальной физики, но и для прикладных исследований. Возможность управлять электромагнитными полями на масштабе нескольких нанометров создает перспективы для медицины (нанодиагностика), материаловедения и телекоммуникаций.

Следите за важными новостями в Телеграм-канале Информационного центра Правительства Москвы