Az elektromos tér növekedését, az ún. „térnövekményt” azért fontos mérni, mert minden ezen alapuló kutatás-fejlesztés során tudni kell, hogy az adott alkalmazásban mennyire hatékonyak a különböző nanorészecskék vagy nanostrukturált felületek. A projektben kidolgozott új módszer különlegessége, hogy a térnövekményt közvetlenül méri, míg a korábbi módszerek vagy destruktívak – mérés közben szétroncsolják a mintát –, vagy csak közvetett információt szolgáltatnak. Az eredményről a nanotudomány vezető folyóirata, az egyik legmagasabb, 13-as impaktfaktorú Nano Letters közölt publikációt.

„A térnövekményt az okozza – magyarázza Dombi Péter, a csoport vezetője –, hogy a fém nanorészecskéket megvilágító fény elektromos tere mozgásra kényszeríti a fémben levő szabad elektronokat. A töltésmozgatás miatt, megfelelő méretű nanorészecske esetén, rezonanciajelenség alakul ki, és ennek következtében a fény elektromos tere a nanorészecskék közelében „koncentrálódik”. Mindez a fény hullámhosszánál sokkal kisebb tartományban játszódik le; a fém közelében nagyon sűrűn helyezkednek el az elektromos tér erővonalai, és a sűrűsödés miatt – lokálisan, nanométeres skálán – megnő a térerősség. A térnövekmény és az elektromos tér nanométeres lokalizációja tehát szorosan összefügg.”

Hogyan sikerült ezt megmérni? A nanorészecskét nagyon rövid időtartamú – femtoszekundumos, a másodperc milliomodrészének milliárdodrészéig tartó – lézerfény-felvillanásokkal, lézerimpulzusokkal világítják meg. A mintáról ekkor elektronok is kilépnek, és ezeknek az energiáját (az elektronok kinetikus energiájának az eloszlását) mérve kapják meg a térnövekmény nagyságát. Mivel a kutatócsoport a térnövekményt immár kísérleti úton is képes meghatározni, a gyakorlati fejlesztéseken dolgozók – a csoportnak megküldött mintákról kapott mérési eredmények révén – közvetlen visszajelzést kaphatnak a folyamatban lévő munkájukról, és szükség esetén e „diagnosztika” függvényében változtathatnak az alkalmazott nanostruktúrákon.

A nanorészecskék térnövekményének méréséhez felhasznált lézerrendszer egy részlete

A 2014-ben alakult Lendület-kutatócsoport a hazai NKFI Alapból (korábban OTKA) kapott támogatást is felhasználva fejlesztette ki azt a laboratóriumot és műszerparkot, amely ezeket a méréseket lehetővé teszi. A világszínvonalú tudományos eredményhez vezető kísérletek teljes mértékben Budapesten, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpontban folytak; az említett cikkben feltüntetett külföldi társszerzők a kísérletekhez szükséges mintákat állították elő.

A kutatási projekt kísérletei közben számos további kutatási lehetőség körvonalazódott, amely új irányokat adhat az eredmények felhasználásának. Például ha a térnövekmény-mérést sikerül pontosan kalibrálni, ez alkalmas lehet a nanorészecskék különböző anyagi állandóinak – többek között a törésmutatónak – a meghatározására. Ez azért fontos, mert a nanorendszerek anyagi állandói eltérhetnek a makroszkopikus rendszerek jellemzőitől. Vagy a kutatók maguk is optimalizálhatnak nanostruktúrákat saját, új alkalmazásaik számára, a kísérleti elrendezés birtokában.

A kutatónak a témához kapcsolódó korábbi támogatott projektje:
2006–2010: Femto- és attoszekundumos fény-szilárdtest kölcsönhatások vizsgálata kontrollált hullámformájú lézerimpulzusokkal – F 60256 (10,002 millió Ft)

Pályázati projekt: K 109257
Funkcionális molekulák és nanorendszerek időfeloldott vizsgálata –
Időtartam: 2014. 02. 01. – 2018. 01. 31.
Projektvezető: Dombi Péter, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Szilárdtestfizikai és Optikai Kutatóintézetének tudományos főmunkatársa
A támogatás összege: 29,724 millió Ft