俄罗斯获得了光子等离子体钩！一种可用于生物传感器和纳米粒子操纵器的新型曲线光束

托木斯克理工大学(Tomsk Polytechnic University，缩写为TPU)和俄罗斯科学院超高频半导体电子学研究所（the Institute of Ultra High-Frequency Semiconductor Electronics of the Russian Academy of Sciences）的研究人员获得了一种新型弯曲等离子体激光束，被称为光子钩等离子体。由于它们的体积小，可以作为纳米尺度颗粒的操纵器，也可以作为生物传感器来研究微小体积的物质以及可以用于等离子体显微镜从而获得超高分辨率。这项研究的结果发表在《物理学年鉴》"Annalen der Physik"杂志上(“光子钩等离子体激光束:一种新型曲面光束”)。

等离子体是由于电子振荡而在固体中或其表面附近发生的准粒子。其中表面等离子体与光强烈相互作用，因此，它们决定了金属的某些光学性质。自2007年以来，科学家已经知道金属表面上发生的唯一类型的曲线等离子体波，即艾里族光束及其衍生物。

图为光子等离子体钩的形成

该项目的负责人及该论文的共同作者--托木斯克理工大学电子工程系教授Igor V. Minin说：“寻找创造新型弯曲光束的原理是一个令人兴奋的现代科学研究领域，它开拓了广泛基础研究和发展应用于实际前景。但是，我应该提到的是，到目前为止，只有在艾里家族的基础使用相当复杂和耗时的方法上才能形成曲线等离子体挂钩。”

“我们提出了一种新型曲面等离子体激光束，即光子钩等离子体激元（PHP），它的产生简单，并且光束的曲率接近于等离子体激元波长的大小。它形成过程是基于表面等离子体激元波与特殊非对称形式的介电层的相互作用。”Igor V. Minin教授说道。

在这项研究中，作者使用了介电粒子，例如氟塑料粒子，具有两个波长的尺寸且位于金属表面上。颗粒的一侧以棱镜的形式制成，另一侧是正方形。正如研究人员指出的那样，不同形式的粒子也可用于产生光子等离子体钩。

“平面等离子体激元落在介电体的锥形部分上，在背面穿过粒子，方形侧面出现聚焦的曲线区域，这个区域类似于钩子形状。早些时候，我们成功地将这种方法用于光子，现在我们证明了这种方法也适用于等离子体激元，”Igor V.Minin说。

获得的光子等离子钩具有比艾里光线更有利的优势，即它要小得多。光束的曲率接近于等离子体激元波长的大小，这代表了SPP光束有史以来记录到的最小曲率半径，使得在纳米尺度上使用它成为可能。

在实践中，这种等离子体激元对于生物医学应用是有意义的，例如，用于生物传感器和先进材料的合成时光学操纵的装置，例如，用于切换光学信号并获得新分子，因为由于其本身的性质“钩子”可以将不同元素的原子聚集在一起。科学家说，这个研究领域刚刚开始其漫长的旅程。