プラズモン増強極端紫外線光源

科学者は物体をより詳細に観察したいと考え、コンピューターオタクはシリコン上により多くのトランジスタを集積したいと考えており、極端紫外線（1～75nm）を効率的に生成できることがますます重要になっています。問題は、特定の光子エネルギー（つまり、十分に短い波長）を超えると、光を効率的に生成することがはるかに困難になることです。極端紫外線を生成するために使用されるランプは、プラズマ、高電圧、そして数キロワットの総出力を必要とする大規模なものになる傾向があります。残念ながら、その光のうち、正しい方向に正しい波長で届くのはごくわずかであるため、ランプの効率は非常に低いのです。韓国で発表された最新の研究は、研究者たちに新たな方向性を示し、それほど問題のない極端紫外線光源の構築を可能にするかもしれません。

高効率極端紫外線光源の開発は、高次高調波発生（HHG）の開発により好転しつつある。この研究では、原子ガスを非常に強力なレーザーパルスで照射する。通常、これらのレーザーは10 ¹³ W/cm ^-2を超える強度に焦点を絞ることができるパルスを放射する。これにより原子からいくつかの電子が捕らえられ、原子に再び衝突する前に非常に狭く高速な楕円軌道を描いて運動する。この際、電子は照射レーザーから多くの光子を吸収するが、はるかに高いエネルギーの光子を1つ放出する。これらの実験は、通常の状態では赤すぎて見えない800nmの光をレーザーが放射することから始まり、最終的にガスがわずか数ナノメートルの波長の光を放射することになる（ちなみに青は400nm）。

このプロセスはあまり効率的ではありませんが、光がコヒーレントで焦点を合わせることができるという利点があり、デバイスは光をはるかに効率的に利用できます。残念ながら、欠点はレーザーです。これらのレーザーは小型ではありません。実際、通常は少なくとも3つのレーザーが関係します。800nmの光を放射するレーザーを駆動するには、1つのレーザーが必要です。残念ながら、2つ目のレーザーは十分な光を放射しないため、レーザーと同じくらい複雑な増幅段が必要になります。そして、最初の光学テーブルがいっぱいになったら、レーザーを使用して増幅器を駆動する必要があります。本当にパワーが必要な場合は、別の光学テーブルを増幅器で満たし、レーザーを駆動する必要があります。

私たちが本当に必要としていたのは、増幅段をなくす方法でした。ここでプラズモン相互作用が役に立ちます。研究者たちは、高調波を生成するには100分の1ほど弱い通常のパルスレーザーを用いて、サファイア板上の一連の金の蝶ネクタイ型（小さな隙間で隔てられた2つの三角形）を照射しました。金の電子はレーザーに反応してコヒーレント振動を起こし、これをプラズモンと呼びます。プラズモンは隙間を横切って巨大な電場を発生させます。重要なのは、この電場が照射レーザーと共鳴して振動するため、レーザーからの電場とプラズモンからの電場は、遭遇するあらゆる物体に対して同時に作用するということです。

これは、高次高調波の発生を開始するのに十分な強度まで励起するのに十分です。研究者たちは、ギャップにアルゴンを噴射することで、最短47nmの波長を持つ高調波を生成できることを実証しました。これは素晴らしい成果です。アルゴン原子をイオンに置き換えれば、さらに短い波長を実現できるはずで、超高解像度顕微鏡の領域に完全に収まります。この技術がチップ製造に使用できるほどの電力を生成できるかどうかは分かりませんが、従来の高次高調波発生源をより効率的にするための完璧なシード（シードとは、高次高調波を発生させるために使用できる低強度の光）となることは間違いありません。

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