Guld nanopartikelkæder viser løfte som lysledere

Dagens computere er hurtigere og mindre end nogensinde før. Den seneste generation af transistorer vil have strukturelle træk med dimensioner på kun 10 nanometer. Hvis computere skal blive endnu hurtigere og samtidig mere energieffektive i disse små skalaer, de skal sandsynligvis behandle information ved hjælp af lyspartikler i stedet for elektroner. Dette kaldes "optisk computing".

Fiberoptiske netværk bruger allerede lys til at transportere data over lange afstande ved høj hastighed og med minimalt tab. Diameterne på de tyndeste kabler, imidlertid, er i mikrometerområdet, da lysbølgerne - med en bølgelængde på omkring en mikrometer - skal kunne svinge uhindret. For at behandle data på en mikro- eller endda nanochip, et helt nyt system er derfor påkrævet.

En mulighed ville være at lede lyssignaler via såkaldte plasmonoscillationer. Dette involverer en let partikel (foton), der spænder elektronskyen i en guldnanopartikel, så den begynder at svinge. Disse bølger bevæger sig derefter langs en kæde af nanopartikler med cirka 10% af lysets hastighed. Denne tilgang opnår to mål:nanometer-skala dimensioner og enorm hastighed. Hvad der er tilbage, imidlertid, er energiforbruget. I en kæde, der udelukkende består af guld, dette ville være næsten lige så højt som i konventionelle transistorer, på grund af den betydelige varmeudvikling i guldpartiklerne.

En lille plet sølv

Tim Liedl, Professor i fysik ved LMU og PI i klynge af ekspertise Nanosystems Initiative München (NIM), sammen med kolleger fra Ohio University, har nu offentliggjort en artikel i tidsskriftet Naturfysik , som beskriver hvordan sølv nanopartikler kan reducere energiforbruget betydeligt. Fysikerne byggede en slags miniaturetestbane med en længde på omkring 100 nanometer, sammensat af tre nanopartikler:en guld -nanopartikel i hver ende, med en sølv nanopartikel lige i midten.

Sølvet fungerer som en slags mellemled mellem guldpartiklerne, mens det ikke spilder energi. For at få sølvpartikelens plasmon til at svinge, der kræves mere excitationsenergi end for guld. Derfor, energien flyder bare "rundt" om sølvpartiklen. "Transport formidles via koblingen af ​​de elektromagnetiske felter omkring de såkaldte hot spots, der skabes mellem hver af de to guldpartikler og sølvpartiklen, "forklarer Tim Liedl." Dette gør det muligt at transportere energien næsten uden tab, og på en femtosekunders tidsskala. "

Lærebog kvantemodel

Den afgørende forudsætning for eksperimenterne var det faktum, at Tim Liedl og hans kolleger er eksperter i den udsøgte nøjagtige placering af nanostrukturer. Dette gøres ved hjælp af DNA origami -metoden, som gør det muligt at placere forskellige krystallinske nanopartikler ved præcist definerede nanodistancer fra hinanden. Lignende eksperimenter var tidligere blevet udført ved anvendelse af konventionelle litografiteknikker. Imidlertid, disse giver ikke den nødvendige rumlige præcision, især når der er tale om forskellige metaltyper.

Parallelt, fysikerne simulerede den eksperimentelle opsætning på computeren-og fik deres resultater bekræftet. Ud over klassiske elektrodynamiske simuleringer, Alexander Govorov, Professor i fysik ved Ohio University, Athen, USA, var i stand til at etablere en simpel kvantemekanisk model:"I denne model, de klassiske og de kvantemekaniske billeder matcher meget godt, hvilket gør det til et potentielt eksempel for lærebøgerne. "