Stânga-jos: O sarcină in apropierea unei suprafeţe metalice redistribuie sarcinile electrice de pe suprafaţă. Dreapta-sus: Cind sarcina electrică se mişcă, ea creează oscilaţii in structura metalică. SursaRomânul Bogdan Diaconescu este autor principal al unui articol recent apărut în prestigioasa revistă Nature, care dovedeşte experimental prezenţa unor oscilaţii electronice speciale pe suprafeţele metalice. Aceste oscilaţii, denumite plasmoni acustici de suprafaţă, ajută în primul rând la inţelegerea proceselor fundamentale ce au loc în materiale, cum ar fi de exemplu supraconductorii de temperatură înaltă. Pe de altă parte, plasmonii acustici recent descoperiţi pot îmbunataţi tehnicile actuale de stocare şi transport a luminii, atât de importante în dispozitivele opto-electronice.
Bogdan este parte al departamentului de Fizică al Universităţii New Hampshire, din Statele Unite, şi specialist în tehnica ce in engleză se numeşte „Electron energy loss spectroscopy”, ceea ce în romaneşte se poate traduce ca spectroscopie de electroni. Aici, o sursă trimite electroni de energii bine definite pe o suprafaţă metalică, sub diferite unghiuri. Electronii se vor impraştia după ce lovesc suprafaţa, şi vor pierde o parte de energie în urma interacţiei cu suprafaţa. Un detector masoară in final energia eletronilor imprăştiaţi, obţinind astfel energia absorbită de suprafaţă.
Se ştie deja că electronii de pe suprafaţa unui metal, sau din interiorul lui, oscilează colectiv datorită interacţiei cu nucleii incarcaţi electric pozitiv. Aceasta este usor de inţeles dacă ne imaginăm că sarcinile electrice negative (electronii) şi pozitive (nucleii) se tot atrag şi resping între ele datorită forţelor electrostatice. Acestor oscilaţii cuantificate li se asociază nişte particule ce se mai numesc şi plasmoni în literatura de specialitate. Aceşti plasmoni pot fi de mai multe tipuri, în funcţie de oscilaţie, şi ei se gasesc cel mai des în interiorul metalelor, unde frecvenţa de oscilaţie este foarte mare, comparabilă cu frecvenţa luminii.
Alte oscilaţii ale electronilor pot avea o frecvenţă de oscilaţie mai mică, şi ei definesc de obicei aşa-numiţii plasmoni acustici. Aici energia acestor plasmoni (dată de frecvenţa oscilaţiei) porneşte de la zero, şi creşte linear cu momentul cinetic al plasmonilor. Pîna acum, existenţa unor astfel de plasmoni acustici la suprafaţa unor metale (sau în structuri metalice în două dimensiuni) a fost neclară. „Numai cu un an în urmă”, spune Bogdan, „un grup de cercetători a prezis că astfel de plasmoni acustici la suprafaţa metalului nu există”.
Foto: Relaţia măsurată dintre momentul cinetic al plasmonului de suprafaţă şi energia sa. Faptul că energia porneşte de la zero, şi că relaţia este liniară, demonstrează că acest plasmon este intr-adevăr un plasmon acustic. Sursa: Universitatea New Hampshire
Tehnica de spectroscopie electronică folosită de Bogdan este tocmai bună de a investiga astfel de plasmoni acustici la suprafaţa metalelor. Să ne reamintim că această tehnica măsoară energia absorbită de suprafaţă (în acest caz chiar de plasmon) odată ce electronul trimis de sursă este împrăştiat de suprafaţă. In plus insă, şi momentul cinetic al plasmonului (in planul suprafeţei) se poate determina, folosind legile de conservare ale momentului cinetic la interacţia dintre electronul incident şi plasmon. In acest fel, Bogdan a dedus relaţia dintre momentul cinetic şi energia plasmonului, relaţie ce defineşte orice particula cuantică după cum ştim. Aceasă relaţie o reproducem şi noi în figura alaturată. Dupa cum se vede, energia plasmonilor este liniară cu momentul cinetic, şi porneşte de la zero, deci plasmonul măsurat este intr-adevăr un plasmon acustic.
În afară de inţelegerea proceselor fundamentale ce au loc în materiale, descoperirea lui Bogdan şi a colegilor lui poate avea şi implicaţii practice. Astfel, ea ar putea fi utilizată la construcţia unor structuri metalice mai eficiente care să stocheze şi să transporte lumina. Marimea microscopică a acestor structuri (de ordinul nanometrilor, până la un micrometru), poate ajuta la contrucţia mult doritelor computere optice, în care datele sunt transmise şi procesate nu de electroni, ci de lumină.
Sursa originală: Universitatea New Hampshire şi Nature. Ştire prelucrată de www.stiinta.info.