Изобретена плазмонная линейка для измерения нанорасстояний

Ученые разработали устройство, которое позволяет измерять расстояния нанопорядков в трех измерениях. В основе устройства лежат плазмоны - квазичастицы, являющиеся квантованиями плазменных колебаний. Устройство, которые авторы назвали плазмонной линейкой, описано в статье в журнале Science. Коротко о нем пишет портал Physics World.

Квазичастицами называют объекты, которые только для удобства расчетов наделяют свойствами частиц. В данном случае плазмоны представляли собой квантования колебаний плотности электронного газа в металле. Ранее ученые уже разработали плазмонную линейку, однако она работала только в одном измерении. Такая линейка состоит из двух металлических наночастиц, колебания которых оказываются связанными в том случае, если частицы располагаются достаточно близко друг к другу. При увеличении расстояния между частицами спектр плазмонного излучения смещается в синюю область, а при сближении - в красную. Опираясь на этот факт, исследователи могут определять, насколько далеко разошлись две наночастицы.

Если соединить частицы при помощи одной нити ДНК, а потом добавить в систему комплементарную нить (то есть нить, которая может прочно соединяться с первой в двойную спираль), то по мере формирования спирали расстояние между частицами будет уменьшаться, так как двойная спираль жестче неспаренной нити и лучше держит форму. Уменьшение расстояние будет сопровождаться изменением плазмонного излучения.

Авторы новой работы создали плазмонную линейку более сложной конструкции. Она представляет собой пять пластин из золота, соединенных наподобие буквы "Н". Столбики буквы образованы четырьмя пластинами, а поперечная перекладина состоит одной пластины, оба края которой зажаты между пластинами, формирующими столбики.

Когда исследователи прикрепляли к плазмонной линейке какую-либо биомолекулу - например, белок или ДНК, расстояния между столбиками и поперечной планкой изменялись (все соединения линейки были гибкими), и соответственно изменялся спектр плазмонного излучения всей конструкции. В отличие от одномерных аналогов созданная авторами плазмонная линейка позволяет фиксировать изменения, происходящие с конфигурацией различных частей бимолекул.

Недавно другой коллектив физиков сумел создать работающий спазер - устройство, которое производит плазмоны, некоторые характеристики которых "согласованы" между собой так же, как характеристики фотонов, генерируемых лазером.