Một dụng cụ mới điều khiển sử dụng, sử dụng một ma trận gồm những cấu trúc vàng nhỏ xíu tráng những ống nano carbon vừa được các nhà vật lí ở Anh và Italy phát triển. Dựa trên một “siêu chất liệu plasmon học”, những dụng cụ trên có thể ứng dụng trong laser và những bộ truyền thông quang học.
Các siêu chất liệu là những chất liệu nhân tạo gồm những ma trận cấu trúc nhỏ xíu, thí dụ như các que và vòng phản ứng với ánh sáng và những sóng điện từ khác theo những kiểu không bình thường. Chẳng hạn, một siêu chất liệu có thể được thiết kế để có chiết suất âm biến thiên trên toàn khối chất, và trong một số trường hợp còn có thể nhận giá trị âm. Những tính chất độc đáo như vậy khiến cho các siêu chất liệu có thể dùng để chế tạo các “siêu thấu kính”, phá vỡ giới hạn nhiễu xạ, và dùng cho các “áo tàng hình” trong ngưỡng vi sóng.
 |
| Andrey Nikolayenko và Nikitas Papsimakis thuộc Trung tâm Siêu Chất liệu Photon tính Cấu trúc Nano tại trường đại học Southampton, Anh. (Ảnh: N Zheludev) |
Hiệu suất của các siêu chất liệu như vậy bị hạn chws bởi tương tác tương đối yếu của chúng với ánh sáng. Nhưng nay Nikolay Zheludev và các cộng sự tại trường đại học Southampton và các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Italy ở Catanzaro vừa tìm ra một phương pháp khắc phục được vấn đề này bằng cách tạo ra một siêu chất liệu lai kết hợp ống nano carbon và một siêu chất liệu chế tạo từ vàng. Hỗn hợp thu được có phản ứng tăng cường đối với ánh sáng – nghĩa là, chiết suất của nó biến thiên rất mạnh và nhanh so với những siêu chất liệu khác khi đặt trong một chùm ánh sáng. Thật vậy, nó phản ứng chưa tới một pico giây, so với hàng micro giây đối với các tinh thể lỏng, chẳng hạn.
Đội nghiên cứu đã chế tạo siêu chất liệu trên trong hai giai đoạn. Họ bắt đầu với một lớp vàng phẳng, mỏng mà họ đã bắn phá với một chùm nguyên tử gallium để cắt thành những đường rãnh rộng khoảng 25 nm. Các rãnh tạo nên một ma trận đều đặn với mỗi ô đơn vị chứa một hình vuông có các cạnh 500 nm, hai cạnh trong đó bị đứt đoạn.
 |
| Giản đồ của những rãnh vàng trước khi chúng được tráng những ống nano carbon. (Ảnh: Physical Review Letters) |
Cấu trúc này được gọi là một “siêu chất liệu plasmon tính” vì các tính chất quang của nó liên quan đến các plasmon mặt. Đây là những dao động tập thể của các electron trên bề mặt của một kim loại tương tác với ánh sáng. Sau đó, đội khoa học phun một dung dịch ống nano carbon – những ống nhỏ xíu với các thành chỉ dày một nguyên tử - lên trên siêu chất liệu này và sau đó hong khô nó để tạo ra một lớp sờn dày khoảng 50 nm. Họ gọi lớp này là “feutre”, từ tiếng Pháp chỉ sự bọc nỉ.
Các ống nano carbon được sử dụng vì chúng có những tính chất quang phi tuyến độc đáo, và tương tác với cả ánh sáng lẫn plasmon. Chúng còn đơn giản và dễ chế tạo, bền và có thể dễ dàng tích hợp vào các bộ dẫn sóng và những dụng cụ quang lượng tử khác.
Cấu trúc thu được có thể dùng để chế tạo các bộ tiết chế quang học, tức những thành phần ngăn cản sự dâng trào công suất trong các mạng quang. Chúng còn có thể ứng dụng trong các bộ phận “mốt khóa” và “chuyển mạch q” của laser cho phép phát ra những xung ngắn; đồng thời dùng trong các mạch điện cấp nano xử lí dữ liệu quang học.
Akhlesh Lakhtakia thuộc trường đại học Bang Pennsylvania cho biết việc sử dụng các ống nano carbon theo kiểu này là một bước tiến quan trọng đầu tiên hướng đến việc chế tạo những dụng cụ thương mại dựa trên các thể vùi kim loại có cấu trúc, ngoài ra ống nano còn có thể bù lại hiệu quả cho sự thất thoát quang trong các dụng cụ hoàn chỉnh.
Đội của Zhelude hiện có kế hoạch phát triển những loại siêu chất liệu phi tuyến, có thể tắt mở, và điều khiển được khác nữa.
Nghiên cứu trên được công bố trên tờ Phys. Rev. Lett. 104 153902.
Belle Dumé (physicsworld.com)
