9 июля 2007 г. ученые доказали существование нового типа электронных волн, присутствующих на поверхностях металлов, которые могут помочь в разработке нанооптики и высокотемпературных сверхпроводников. Известный как «поверхностный акустический плазмон», данный феномен был предсказан теоретически, но не был доказан, так как для этого требовались невероятно точные измерения в мельчайшем масштабе. Распространяющиеся лишь в пределах нескольких нанометров (миллионные доли миллиметра), и длящиеся лишь в течение миллионных долей миллиардной доли секунды, эти волны были обнаружены исследователями университета в штате Нью-Хэмпшир, путем обстрела электронами специально подготовленной поверхности кристалла бериллия в сверхвысоковакуумной камере.

При помещении небольшого заряда рядом с металлической поверхностью возникают стоячие электронные волны. Плазмоны, считавшиеся средством для передачи информации в компьютерных чипах, появляются при возбуждении заряда. Для генерации этих плазмонов требуется энергия высоких уровней, в отличие от новых плазмонов «акустического» типа, возбуждающихся посредством любой энергии (длины волны). По словам руководителей исследования (Bogdan Diaconescu и Karsten Pohl), поверхностный акустический плазмон можно сравнить с водяными волнами на поверхности озера.

«Существование такой волны означает, что электроны на поверхности меди, железа, бериллия и других металлов, ведут себя подобно волнам на поверхности озера», говорит Pohl, адъюнкт-профессор в области физики. «Если вы кинете в воду камень, волны начнут распространяться радиально во всех направлениях. Аналогичная волна создается электронами на поверхности металла, если их потревожить, например, светом».

Для обнаружения этих плазмонов – существование которых еще год назад было поставлено под сомнение – потребовалось произвести измерение потери энергии электронами, обстреливающими специально подготовленную поверхность кристалла бериллия. По мере отражения электронов, была зафиксирована крошечная потеря энергии, соответствующая возникновению волны акустического плазмона, предсказанной теоретиками.

Помимо совершенствования нашего понимания химических процессов, происходящих на поверхности, результаты этого исследования могут с успехом применяться в ряде областей, включая разработку новых катализаторов для чистки систем выпуска двигателей, и неискаженную передачу оптических сигналов, позволяющих вести работы в наномасштабе и расширить понимание высокотемпературной сверхпроводимости.

Результаты этого исследования были опубликованы в журнале «Nature» от 5 июля, их также можно скачать в формате PDF здесь.