Hybride nanoantenner - næste generations platform til ultratæt dataoptagelse

En gruppe videnskabsmænd fra ITMO University i Sankt Petersborg har fremsat en ny tilgang til effektiv manipulation af lys på nanoskala baseret på hybride metal-dielektriske nanoantenner. Den nye teknologi lover at skabe en ny platform for ultratæt optisk dataoptagelse og bane vejen for højkapacitetsfremstilling af en bred vifte af optiske nanoenheder, der er i stand til at lokalisere, forbedre og manipulere lys på nanoskala. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i Avancerede materialer .

En nanoantenna er en enhed, der konverterer frit udbredt lys til lokaliseret lys komprimeret til flere titalls nanometer. Lokaliseringen gør det muligt for forskere effektivt at kontrollere lys på nanoskala. Dette er en af ​​grundene til, at nanoantenner kan blive de grundlæggende byggesten i fremtidige optiske computere, der er afhængige af fotoner i stedet for elektroner til at behandle og overføre information. Denne uundgåelige udskiftning af informationsbæreren hænger sammen med, at fotoner overgår elektroner med flere størrelsesordener med hensyn til informationskapacitet, kræver mindre energi, udelukke kredsløbsvarme og sikre dataudveksling med høj hastighed.

Indtil for nylig, produktionen af ​​plane arrays af hybride nanoantenner til lysmanipulation blev betragtet som en ekstremt omhyggelig proces. En løsning på dette problem blev fundet af forskere fra ITMO University i samarbejde med kolleger fra Saint Petersburg Academic University og Joint Institute for High Temperatures i Moskva. Forskergruppen har for første gang udviklet en teknik til at skabe sådanne arrays af hybride nanoantenner og til meget nøjagtig justering af individuelle nanoantenner i arrayet. Præstationen blev muliggjort ved efterfølgende at kombinere to produktionstrin:litografi og præcis eksponering af thenanoantenne til en femtosekundlaser, en ultrakort impulslaser.

En praktisk anvendelse af hybrid nanoantenner er ultradens data registrering. Moderne optiske drev kan optage information med tæthed omkring 10 Gbit/tommer2, hvilket svarer til størrelsen af ​​en enkelt pixel på et par hundrede nanometer. Selvom sådanne dimensioner er sammenlignelige med størrelsen af ​​nanoantennerne, forskerne foreslår yderligere at kontrollere deres farve i det synlige spektrum. Denne procedure fører til tilføjelsen af ​​endnu en 'dimension' til dataregistrering, hvilket øjeblikkeligt øger hele systemets datalagerkapacitet.

Bortset fra ultratæt dataoptagelse, den selektive modifikation af hybride nanoantenner tilbyder nye designs af hybride metasurfaces, bølgeledere og kompakte sensorer til miljøovervågning. I den nærmeste fremtid, forskergruppen planlægger at fokusere på udviklingen af ​​sådanne specifikke anvendelser af deres hybride nanoantenner.

Nanoantennerne er lavet af to komponenter:en afkortet siliciumkegle med en tynd gylden skive placeret på toppen. Takket være laseromformning i nanoskala, det er muligt præcist at ændre formen på guldpartiklen uden at påvirke siliciumkeglen. Ændringen i formen af ​​guldpartiklerne resulterer i ændrede optiske egenskaber for nanoantennen som helhed på grund af forskellige grader af resonansoverlap mellem silicium og gyldne nanopartikler.

"Vores metode åbner en mulighed for gradvist at skifte de optiske egenskaber for nanoantenner ved hjælp af selektiv lasersmeltning af de gyldne partikler. Afhængigt af laserstrålens intensitet, den gyldne partikel vil enten forblive skiveformet, konvertere til en kop eller blive en globus. En sådan præcis manipulation giver os mulighed for at opnå en funktionel hybrid nanostruktur med ønskede egenskaber på et flimmer af et sekund, " siger Sergey Makarov, en af ​​forfatterne til papiret og forsker ved Institut for Nanofotonik og Metamaterialer ved ITMO University.

I modsætning til konventionel varmeinduceret fremstilling af nanoantenner, den nye metode øger muligheden for at justere individuelle nanoantenner inden for arrayet og udøve præcis kontrol over de hybride nanostrukturers optiske egenskaber.

"Vores koncept med asymmetriske hybride nanoantenner forener to tilgange, der tidligere blev anset for at være gensidigt udelukkende:plasmonik og al-dielektrisk nanofotonik. Vores hybride nanostrukturer arvede fordelene ved begge tilgange - lokalisering og forbedring af lys på nanoskala, lave optiske tab og evnen til at kontrollere spredningseffektmønsteret. På tur, brugen af ​​laseromformning hjælper os med præcist og hurtigt at ændre de optiske egenskaber af sådanne strukturer og måske endda registrere information med ekstrem høj tæthed, " siger Dmitry Zuev, hovedforfatter af undersøgelsen og forsker ved Institut for Nanofotonik og Metamaterialer ved ITMO University.