Manipulation af lys gennem lillebitte teknologi kan føre til store fordele for alt fra tv til mikroskoper

Hvad hvis en dag, din computer, TV eller smartphone kunne behandle data med lysbølger i stedet for en elektrisk strøm, gør disse enheder hurtigere, billigere og mere bæredygtig gennem mindre varme- og strømforbrug? Det er blot en mulighed, der en dag kan være resultatet af et internationalt forskningssamarbejde, der undersøger, hvordan man kan forbedre ydeevnen af ​​plasmoniske enheder.

Forskningen ledet af Masoud Kaveh-Baghbadorani, en ph.d.-studerende ved University of Cincinnati's Department of Physics, præsenteres den 5. marts, ved American Physical Society Meeting i San Antonio, Texas.

Forskerne undersøger manipulation af lys i plasmoniske nanostrukturer ved hjælp af defasering og populationsdynamik af elektron-hul-par i metalbelagte, kerne-skal halvleder nanotråde. Teknikken ville minimere energitab og varmeproduktion. Forskningen fokuserer på at lede lys gennem nanometertykke metalfilm - omkring tusind gange tyndere end et menneskehår - for at udbrede lys med plasmonbølger, en kumulativ elektronoscillation.

Plasmonik er et spirende forskningsfelt, men det har begrænsninger på grund af høje resistivitetstab i metalfilmene. Kaveh-Baghbadorani har udforsket udviklingen af ​​hybride metal/organiske halvleder nanotråde, der fungerer som en energipumpe for at kompensere for energitab i metalbelægningen.

"Vi har prøvet dette med en legering af sølv, nu prøver vi det med guld. Formålet er bedre at forstå og forsøge at modellere, hvordan energi bliver overført fra halvledernanotråden til metallet. Der er mange forskellige variabler her for bedre at forstå denne energioverførsel eller energikobling, " forklarer Kaveh-Baghbadorani. "Vi arbejder på at forbedre koblingen mellem halvledernanotrådene og metalbelægningen."

Ud over at bruge et andet metal, forskerne bruger også en vertikal justering af nanotrådstrukturer. De udviklede også en metode til fuldstændig at omgive nanotrådene med lag af 10 nanometer tykke guldfilm. Et indsat organisk materiale fungerer som et afstandslag til at kontrollere energioverførslen fra nanotråden til metallet.

"Metallet resulterer i høje resistivitetstab, " forklarer medforsker Hans Peter-Wagner, en UC-professor i fysik og Kaveh-Baghbadoranis rådgiver. "Vi ønsker at overvinde disse tab ved at pumpe energi fra nanotråds excitoner, eller elektroniske excitationer, ind i metallet. Det er grunden til, at vi laver denne forskning."

Forskningen undersøger også effekten af ​​at bruge forskellige organiske spacer-lagtykkelser på energikoblingen.

"Når vi bruger forskellige organiske materialer i den plasmoniske struktur, vi kan forlænge levetiden for ophidsede ladebærere, derfor kan de rejse længere inde i strukturen, før de bliver fanget af metallet, " siger Kaveh-Baghbadorani. "Ved at ændre den organiske afstandsstykketykkelse, vi kan kontrollere energioverførselsprocessen."

Fremtidige applikationer kunne omfatte hurtigere og forbedret ydeevne af computere og andre smarte elektroniske enheder, solceller eller endda føre til en super-linse, der resulterer i en enorm forbedring af den nuværende generation af mikroskoper. "Vi er langt fra i slutningen af ​​potentielle ansøgninger til denne forskning og tænker konstant på nye anvendelser. Forskningsfeltet er ekstremt rigt, der er ingen ende i sigte, siger Wagner.