Brug af enkelt kvantepunkter til at undersøge nanotråde

Moderne telekommunikation sker på grund af hurtige elektroner og hurtige fotoner. Kan det blive bedre? Kan Moores lov - fordobling af computerkraft nogensinde 18 måneder eller deromkring - opretholdes? Kan elektronikens kompakthed (nm-skala komponenter) kombineres med fotonikkens hastighed?

Godt, en sådan hybrid tilgang bliver undersøgt på Joint Quantum Institute, hvor forskere samler tre vidunderlige fysikforskningsområder:mikrofluidik, kvanteprikker, og plasmonik til at undersøge og studere optiske nanostrukturer med rumlig nøjagtighed så fint som 12 nm.

PLASMONIK

Når lys rammer en metalstrimmel, kan en elektronbølge blive spændt i overfladen. Er dette "overfladeplasmon" lidt lys eller elektricitet. Godt, det er lidt af begge dele. Bølgelængden for denne elektromagnetiske bølge er kortere og energitætheden højere end for det indkommende laserlys; plasmon er således tæt lokaliseret lys begrænset til at forplante sig langs måltidets overflade. Videnskaben om "plasmonik" er opstået for at udnytte forskellige billeddannelser, fornemmelse, og behandlingsevner iboende i plasmoner. Til at begynde med, selvom, man skal vide præcis, hvad der sker på den laser-eksiterede metalliske overflade. Det lys omdannes til den plasmoniske bølge; senere kan energien omdannes til lys.

Det er her, JQI -eksperimentet kommer ind. Hovedresultatet af arbejdet, offentliggjort 5. februar i tidsskriftet Naturkommunikation , er at give et kort, der viser, hvordan metalstrimlen, i dette tilfælde en sølvtråd 4 mikron lang og 100 nm bred, Lyser op.

MIKROFLUIDIK OG KVANTUMPUNKTER

De to andre hovedkomponenter i forsøget, ud over plasmonik, er mikrofluidik og kvantepunkter. Mikrofluidik, en relativt ny videnskab i sig selv, har bevægelse af nanolitermængder af væsker gennem kanaler defineret på mikrochips, analogt med de ledende stier, der er spændt på tværs af mikroprocessorer til at transportere elektriske strømme. Quantum prikker, halvlederkugler i nanometerstørrelse, er skræddersyet til at besidde et bestemt sæt tilladte energitilstande; i virkeligheden er prikkerne kunstige atomer, der kan flyttes rundt. I JQI-eksperimentet flyder de 10 nm brede prikker (det vigtige cadmium-selenidlag kun er 3 nm tykke) i en væske, hvis strømning kan styres ved at variere en påført spænding. Prikkerne trækkes tæt på nanotråden, som om de var miner ved siden af ​​en ubåd.

Prikken er der netop for at ophidse tråden. Prikken er fluorescensmaskine —- i løs forstand en nanoskopisk lyspære. Slår det med grønt laserlys, det udsender hurtigt rødt lys (en foton ad gangen), og det er denne stråling, der ophidser bølger i den nærliggende ledning, der fungerer som en antenne. Men interaktionen er en tovejs; prikkens emissioner vil variere afhængigt af hvor langs trådens længde den er; enden af ​​ledningen (som enhver spids lyn på en stald) er, hvor elektriske felter er højest, og dette tiltrækker mest emission fra prikken.

Et CCD -kamera fanger lys, der kommer fra prikkerne og fra ledningen. Kameraets kvaliteter, prikkens optiske egenskaber, den omhyggelige placering af prikken, og nanotrådens form og renhed kombineres for at give et billede af nanotrådens elektriske feltintensitet med 12 nm nøjagtighed. Intensitetskortet viser, at det røde lys fra kvantepunktet (bølgelængde på 620 nm) effektivt er blevet transformeret til en plasmonisk bølgelængde på 320 nm.

Chad Ropp er en kandidatstuderende, der arbejder på projektet og hovedforfatteren på papiret. "Plasmoniske kort er blevet løst før, men de kvantemekaniske interaktioner med en enkelt emitter har ikke, og ikke med denne grad af nøjagtighed, sagde Ropp.

MULIGE ANSØGNINGER

I en egentlig enhed, kvantepunktet kunne erstattes af en biopartikel, som kunne identificeres gennem nanotrådens observerede effekt på partikelemissioner. Eller dot-wire duo kunne kombineres i forskellige konfigurationer som plasmoniske ækvivalenter af elektroniske kredsløbskomponenter. Andre anvendelser til denne form for nanotrådopsætning kan udnytte den høje energitæthed i plasmonisk tilstand til at understøtte ikke -lineære effekter. Dette kan gøre nanotråd-prikkombinationen til at fungere som en optisk transistor.