Nanoplasmonik gør det umulige muligt

Over en femårig periode, Alexander Dmitriev og hans forskerhold på Chalmers vil påtage sig en opgave, som hidtil har været anset for umulig:at skabe et stærkt samspil mellem lys og magnetiske felter og bestemme måder at styre lys med magnetisme på nanoskala. The Harnessing light and spins through plasmons på nanoskalaprojektet har modtaget tæt på 38 millioner SEK fra Knut og Alice Wallenberg Foundation, og kan i sidste ende føre til mere effektive måder at behandle og lagre information med lys og skabe forskellige typer optiske elementer.

"Hele feltet er stadig temmelig ukendt, og vi er et af de få forskerhold i verden, der i øjeblikket ser specifikt på lys som nanoplasmoniske resonanser kombineret med magnetiske nanostrukturer, " siger Alexander Dmitriev, lektor i fysik på Chalmers.

I lang tid har det været anset for umuligt at kombinere lys og magnetisme på grund af et frekvensgab, hvor lys bevæger sig 10, 000 gange hurtigere end magnetisme reagerer, hvilket betyder, at de ikke føler hinanden og ikke kan integreres. Ved at fange lyset i det, der er kendt som nanoantenner, som er bygget over en overflade, det er muligt for de to at interagere på nanoskalaen. Der er nanoplasmoner i denne kunstigt skabte overflade af nanoantenner – med andre ord små enheder af elektroner, der når de udsættes for synligt lys, bevæge sig eller oscillere kollektivt og dermed skabe forstærkede og lokaliserede elektromagnetiske felter, der så kan forbindes med magnetiske materialer via forskellige typer magneto-optiske effekter.

Vi ønsker at forsøge at tvinge lyset til at blive styrbart ved hjælp af magnetisme, og omvendt, og dermed eliminere frekvensgabet, «siger Alexander Dmitriev.

Styrbare optiske komponenter

Når projektet slutter om fem år, holdet håber at have opnået en grundlæggende forståelse af feltet og være bedre rustet til at bygge de specifikke nanostrukturer, der er nødvendige for at opnå de ønskede egenskaber. Ved at bringe internationalt førende forskerhold fra Chalmers og universiteterne i Uppsala og Gøteborg sammen, det vil være muligt at udnytte ekspertise inden for både teoretisk og eksperimentel fysik i nanoplasmonik, nanomagnetisme og spintronik. Imidlertid, selv om projektet har en rent grundlæggende karakter, Alexander Dmitriev ser klare anvendelsesområder, hvor det forhåbentlig vil være muligt at bruge metoderne i fremtiden.

"Denne teknologi kunne muliggøre styrbare og tilpasningsdygtige optiske komponenter, der ikke let styres med elektrisk strøm, for eksempel tredimensionelle hologrammer, der bevæger sig i realtid. Takket være den forbedrede interaktion, vi ønsker at skabe mellem lys og magnetisme på nanoskalaen, det vil være muligt at bruge lavintensitetsmagnetiske felter svarende til dem, der findes i almindelige køleskabsmagneter, og det går hurtigt, energieffektiv og nem at integrere med elektronik.