Nye farvesorterere i nano fra Molecular Foundry

Berkeley Lab-forskere har konstrueret en ny klasse af bowtie-formede enheder, der fanger, filtrer og styr lys i nanoskalaen. Disse "nano-farverorter" -enheder fungerer som antenner til at fokusere og sortere lys i små rum, en nyttig teknik til høst af bredbåndslys til farvefølsomme filtre og detektorer.

I øjeblikket, optiske fibre anvender lys til at transportere data med meget høj båndbredde, men teknikken rammer en vejspærring, da lyset presses ind i mindre og mindre fotoniske kredsløb. Denne vejspærring er diffraktionsgrænsen - en grundlæggende begrænsning ved koncentration af fotoner i områder, der er mindre end halvdelen af ​​deres bølgelængde. I modsætning, elektroniske apparater fremstilles let på nanometervægte; imidlertid, elektronisk dataoverførsel opererer ved frekvenser langt under fiberoptik, med meget lavere båndbredde, reducere mængden af ​​data, der transporteres.

En ny teknologi, opfundet "plasmonik, "folkemængder elektromagnetiske bølger ind i metalstrukturer med dimensioner, der er meget mindre end lysets bølgelængde til transmission af data ved optiske frekvenser, gifte sig med de bedste aspekter af optisk og elektronisk kommunikation. En særlig lovende klasse af strukturer til forstærkning af denne trængselseffekt er optiske nanoskala antenner lavet af guld, som udnytter plasmonisk adfærd til effektivt at fange og begrænse lys i små dimensioner.

"Ligesom antennen på dit tv eller din radio, optiske nanoantenner effektivt fanger og koncentrerer energi, men bølgelængderne er meget mindre, "siger Jim Schuck, en personaleforsker i Molecular Foundry, et amerikansk energiministeriums nationale brugerfacilitet på Berkeley Lab, der yder støtte til nanovidenskabsforskere rundt om i verden.

"Vi har lavet den første konstruerede og nanofabricerede konstruktion til nanoskala lysdistribution, der kan sende og manipulere ultra-begrænset optisk information med en knap, du let kan indstille-lysets energi eller farve, "siger Schuck, der arbejder i Foundry's Imaging and Manipulation of Nanostructures Facility.

Molekylær støberi postdoktoral forsker Zhaoyu Zhang, arbejder med Schuck og Nanofabrication Facility Director Stefano Cabrini, fremstillede nanoantenner fra fire ligesidede trekanter af guld litografisk mønstrede for at skabe en 'kryds' geometri.

At bryde symmetrien i denne krydsformede enhed påvirker dens primære resonansmodus - en egenskab, der bedst illustreres ved, at en champagnefløjte knuses, når den støder på en musikalsk tone i den rigtige tonehøjde. I disse kryds nanoantenner, resonansmodi svarer til forskellige frekvenser, eller farver, af lys.

"Vi kan nu kontrollere de plasmoniske egenskaber ved disse enheder ved at indføre asymmetri, og vi finder rødt og blåt lys bogstaveligt talt sendt til venstre og højre, "siger Zhang." Ved at skubbe grænserne for manipulation af lys i et mindre volumen, vi kan flytte information til et eller andet sted hurtigt og effektivt, hvilket er vigtigt for hurtigt, farvefølsom fotodetektion. "

Ja, at flytte den lodret justerede bowtie i krydset nanoantenna kun fem nanometer tilbage af midten genererer to resonanstilstande, producerer et tofarvet filter. Holdet demonstrerede yderligere denne effekt ved at bryde andre symmetrier i sløjferne, hvilket fører til et trefarvet filter. Denne symmetribrud giver forskere muligheden for at "auto-tune" en enhed til et ønsket sæt farver eller energier, afgørende for filtre og andre detektorer. Ved hjælp af de nanofabrikationsfunktioner, der er tilgængelige på støberiet, forskerne planlægger at undersøge justering af størrelsen, form, og buenes placering for at optimere enhedens egenskaber. For eksempel, tusinder af sløjfer kunne pakkes i et område på mindre end en millimeter på tværs, muliggør store, men ultrahurtig, detektor arrays.

"Vores fund giver indsigt i sammenhængen mellem simpel symmetribrud og de koherente koblingsegenskaber ved lokaliserede plasmoner, tilvejebringelse af en vej til konstruktion af indviklede enheder, der kan styre lys i ekstremt trange rum, "Tilføjer Schuck.

Et videnskabeligt papir, der rapporterer denne forskning med titlen "Manipulering af lysfelter i nanoskala med den asymmetriske bowtie nano-farverorter, "af Zhaoyu Zhang, Alexander Weber-Bargioni, Shiwei Wu, Scott Dhuey, Stefano Cabrini og James Schuck, vises i Nano Letters og er tilgængelig i Nano bogstaver online.

Kilde:Lawrence Berkeley National Laboratory (nyheder:web)