Viena sparčiausiai besivystančių šių dienų technologijų – plazmonika, galinti užtikrinti spartesnį elektroninių elementų veikimą. Drauge su kolegomis šią sritį analizavo Vilniaus Gedimino technikos universiteto (VGTU) Elektronikos fakulteto Elektroninių sistemų katedros profesorė Liudmila Nickelson. Plazmonika, jos vaidmuo technologijų kontekste yra išsamiai aptariami neseniai išleistame L. Nickelson vadovėlyje „Elektromagnetinė teorija ir plazmonika inžinieriams“. 

Technologija spartesniems prietaisams

Plazmonika – greitai besiplečianti technologija, kuria siekiama sujungti tiek fotoninius, tiek elektroninius prietaisus, kad būtų galima užtikrinti spartesnes kompiuterines ar komunikacines sistemas ir sukurti naujos kartos biosensorius, plazmoninius lustus, funkcionuojančius kaip itin žemo nuostolio optinės jungtys, saulės šviesą į elektrą konvertuojančias fotovoltines plokštes. 

Pavyzdžiui, nauji plazmonikos prietaisai prisideda prie spartesnio interneto. Savo naujausiose prognozėse tinklo įrangos gamintoja „Cisco“ teigia, kad įdiegus plazmoniką kasmet nuo 2016 m. iki 2021 m. interneto duomenų srauto apimtys išaugs iki 3,3 trilijonų gigabaitų.

Plazmonikos vaidmuo technologijų kontekste

Profesorė L. Nickelson pastebi, kad dažniausiai naudojamos komunikacinės sistemos yra elektroniniai arba fotoniniai prietaisai. Mokslininkai teigia, kad optinės jungtys, pavyzdžiui, optinio pluošto kabeliai, gali perduoti skaitmeninius duomenis daugiau nei 1000 kartų didesniu galingumu nei elektroninės jungtys. 

„Optinio pluošto kabeliai yra maždaug 1000 kartų didesni už elektroninius komponentus, todėl abi šias technologijas sudėtinga sujungti į tą pačią grandinę. Šviesos ir metalo paviršiaus sąveika leido atsirasti naujai mokslo sričiai – plazmonikai, kuri efektyviai pašalina šių laikų technines kliūtis. Todėl nesuklysiu sakydama, kad plazmonika yra tarsi elektromagnetiniai vartai į pažangias ateities technologijas“, – pažymi profesorė.

Technologijas jungiantis tiltas

Plazmonai gali susidaryti šviesai krintant ant laidžios aplinkos paviršiaus. Tai kolektyviniai laisvųjų elektronų svyravimai laidžioje aplinkoje, pavyzdžiui, metale, kur yra didelė elektronų koncentracija. Taip pat plazmoniką galima apibūdinti tarsi tiltą, jungiantį elektronines ir fotonines technologijas.

Paviršiaus plazmonai gali būti apibūdinami kaip elektromagnetinė banga, sklindanti ties paviršiumi, esančiu ant metalo ir dielektriko (oro) ribos. „Pavyzdžiui, tokios dvi aplinkos galėtų būti auksas ar oras. Plazmoninės bangos amplitudė palaipsniui mažėja, didėjant vertikaliam atstumui nuo paviršiaus. Tai reiškia, kad paviršiaus plazmonų energija yra labiausiai koncentruota arčiau paviršiaus esančiame plote. Pažymėtina, kad šviesa, kurią sudaro nedidelė elektromagnetinės energijos dalis, yra elektromagnetinė banga, galinti sklisti net vakuume, jai nebūtina jokia aplinka“, – teigia VGTU profesorė L. Nickelson. 

Ji pažymi, kad paviršiaus plazmonų bangą sudaro viršutinė ir apatinė dalys, kurias skiria ant dviejų aplinkų ribos esantis paviršius. „Viršutinė dalis yra elektromagnetinė banga, kuri sklinda oru, o žemutinę jos dalį sudaro elektronų plazmos tankio banga, kurią suformuoja metale esantys laisvieji elektronai. Abi plazmoninės bangos dalys sklinda tuo pačiu greičiu, kuris gali būti mažesnis už šviesos greitį dielektrike“, – pasakoja profesorė. 

Taip pat mokslininkė atkreipia dėmesį į tai, kad paviršiaus plazmonų bangą galėtume įsivaizduoti kaip žirgą, risnojantį per seklius upės vandenis. Apatinė žirgo dalis yra vandenyje, sukeldama koncentriškas vandens bangas. Judančio žirgo galva sukuria oro sūkurį. Visas žirgo kūnas yra dviejose aplinkose tuo pat metu. Žirgas, kurį mes galime prilyginti plazmoninei bangai, juda pirmyn norima kryptimi kaip vientisas kūnas.