Pinta-aaltoavusteiseen epätavalliseen transmissioon perustuva lähikenttämikroskopia

Turunen Jari, Itä-Suomen yliopisto

Projektissa tutkitaan sähkömagneettisten kenttien vuorovaikutuksia sellaisten nanorakenteiden kanssa, jotka mahdollistavat pinta-aaltojen etenemisen. Tarkoituksena on tutkia ja kehittää uusia menetelmiä optiseen lähikenttämikroskopiaan.

Täysin koherenttien, monokromaattisten sähkömagneettisten kenttien vuorovaikutusta nanorakenteiden kanssa on viime vuosina tutkittu laajalti, mikä on johtanut monien ennalta odottamattomien optisten ilmiöiden löytymiseen. Näitä ovat mm. valon epätavallisen suuri transmissio raoista, eri muotoisista rei'istä ja näiden perusrakenteiden muodostamista riveistä. Jos kyseisten aukkojen ympärille vielä valmistetaan nanorakenteisia pintakuvioita, havaitaan mm. suuntausefekti, joka voidaan selittää pinta-aallon kulmaselektiivisellä kytkeytymisellä säteileviksi aalloiksi. Projektissa sovelletaan näitä ilmiöitä yksittäiseen reikään ja sen ympärillä olevaan nanorakenteeseen perustuvissa lähikenttämikroskooppikonfiguraatioissa.
Toistaiseksi on kiinnitetty hyvin vähän huomiota realististen optisten kenttien vuorovaikutukseen nanorakenteiden kanssa. Näistä esimerkkejä ovat mm. osittain paikkakoherentit kentät sekä polykromaattiset kentät, joiden spektraaliset, ajalliset ja koherenssiominaisuudet voivat vaihdella. Näitä vuorovaikutuksia mallinnetaan käyttämällä Fourier-moodimenetelmää, S-matriisialgoritmia ja hiljattain kehitettyjä alkeiskenttämalleja osittain koherentille valolle. Tuloksena odotetaan löydettävän joukko aiemmin tuntemattomia optisia ilmiöitä nanorakenteissa. Optimoidun, osittain paikkakoherentin valaisun odotetaan parantavan lähikenttämikroskopian paikkaresoluutiota.

Mahdollisuus mallintaa ultranopeita ilmiöitä nanorakenteissa auttaa ymmärtämään hiljattain löydettyjä ajasta riippuvia ilmiöitä, kuten fluoresenssin vahvistumista ja säteilykuvion muuttumista biomolekyyleissä, jotka on sijoitettu nanorakenteiden välittömään läheisyyteen. Näillä ilmiöillä on keskeinen merkitys spektraalisesti selektiivisessä lähikenttä-fluoresenssimikroskopiassa, joka on mahdollistamassa molekyylien havaitsemisen ja kuvaamisen yksittäisen molekyylien tasolle asti.