Filmning af lys og elektroner koblet sammen, mens de rejser under dækning

I et gennembrud for fremtidige optisk-elektroniske hybridcomputere, forskere ved EPFL har udviklet en ultrahurtig teknik, der kan spore lys og elektroner, når de rejser gennem en nanostruktureret overflade.

Når lys kobles til elektroner på en overflade, deres samordnede bevægelse kan rejse som en bølge styret af overfladegeometrien selv. Disse bølger er kendt som "overfladeplasmoner" og kan være nyttige i telekommunikation og fremtidig computing, hvor data vil blive transporteret på tværs af processorer ved hjælp af lys i stedet for elektricitet. Udover at være mere energieffektive, disse processorer kunne miniaturiseres ned til nanoskalaen for at bygge sensorer i høj opløsning og nanoserede signalbehandlingssystemer. Men disse processorer ville være bygget af stabling af forskellige lag af avancerede materialer og, indtil nu, vi har ikke en pålidelig måde at spore det guidede lys, når det bevæger sig på tværs af deres grænseflader. EPFL -forskere har nu gjort præcis det ved hjælp af en ny, ultrahurtig metode. Gennembruddet offentliggøres i dag i Naturkommunikation .

Fabrizio Carbones laboratorium ved EPFL førte til, at projektet skabte et lille antennearray, der ville tillade plasmoner at rejse over en grænseflade. Arrayen bestod af en ekstremt tynd membran af siliciumnitrid (50 nm tyk) dækket med en endnu tyndere film af sølv (30 nm tyk). Forskerne "slog" derefter en række nano-huller gennem overfladen, der ville fungere som antenner-plasmon "hotspots".

Forskerne affyrede derefter ultrahurtige laserpulser (lys) på arrayet for at tænde antennerne. Med en kontrolleret tidsforsinkelse, ultrakorte elektronpulser blev derefter affyret på tværs af flerlagsstakken, at kortlægge de plasmoner, der udstråles af antennerne ved grænsefladen mellem sølvfilmen og siliciumnitridmembranen. Ved hjælp af en ultrahurtig teknik kaldet PINEM, som kan "se" overfladeplasmoner, selv når de er bundet til en begravet grænseflade, forskerne var i stand til at filme udbredelsen af ​​det guidede lys og læse dets rumlige profil på tværs af filmen.

"At prøve at se plasmoner i disse grænseflader mellem lag er lidt som at prøve at filme folk i et hus udefra, "forklarer Fabrizio Carbone." Et almindeligt kamera viser dig ikke noget; men hvis du bruger mikrobølgeovn eller en lignende energisporende billeddannelse, du kan se lige igennem væggene. "

Det nuværende papir baner vejen for at designe og kontrollere begrænsede plasmoniske felter i flerlagsstrukturer, hvilket er nøglen til fremtidige optoelektroniske enheder.