Nieuwe klasse van Bowtie-apparaten in de vorm die Capture, Filter en Licht Steer op nanoschaal

Published on November 11, 2009 at 6:42 PM

Scherp kijken en op zoek naar licht - Berkeley Lab onderzoekers hebben ontworpen een nieuwe klasse van bowtie-vormige apparaten die vast te leggen, filter en sturen het licht op nanoschaal. Deze 'nano-colorsorter "-apparaten dienen als antennes om zich te concentreren en te sorteren licht in kleine ruimtes, een nuttige techniek voor het oogsten van breedband licht voor de kleur-gevoelige filters en detectoren.

James Schuck en Zhaoyu Zhang op moleculair Foundry verzonnen nano-sized antennes uit vier gelijkzijdige driehoeken van goud, dat lithografisch waren patroon om een ​​"kruis" geometrie te creëren. Deze bowtie-vormige antennes fungeren als nano colorsorters, in staat om vast te leggen, filteren en licht sturen op nanoschaal.

Op dit moment, optische vezels gebruiken licht om gegevens met zeer hoge bandbreedte vervoer, maar de techniek raakt een wegversperring als het licht wordt geperst in steeds kleinere fotonische circuits. Dit wegversperring is de diffractielimiet - een fundamentele beperking in zich te concentreren fotonen in regio's die kleiner zijn dan de helft van hun golflengte. In tegenstelling, elektronische apparaten zijn gemakkelijk gevormd op nanometer-schaal, maar de elektronische overdracht van gegevens werkt bij een frequentie ver onder die van glasvezel, met een veel lagere bandbreedte, waardoor de hoeveelheid vervoerde data.

Een recente technologie, bedacht "Plasmonics," drukte elektromagnetische golven in metalen structuren met afmetingen veel kleiner dan de golflengte van het licht voor het verzenden van gegevens op optische frequenties, te trouwen met de beste aspecten van optische en elektronische communicatie. Een bijzonder veelbelovende klasse van structuren voor het verbeteren van deze crowding effect is nanoschaal optische antennes gemaakt van goud, dat plasmonische gedrag hefboom om efficiënt te vangen en te beperken licht in minuscule dimensies.

"Net als de antenne op uw TV of radio, efficiënt optische nanoantennas te vangen en zich te concentreren energie, maar de golflengten zijn veel kleiner", zegt Jim Schuck, een staf wetenschapper met n van de Moleculaire Foundry, een Amerikaanse Department of Energy (DOE) nationale gebruiker faciliteit in Berkeley Lab dat ondersteuning biedt aan nanowetenschap onderzoekers over de hele wereld.

"We hebben de eerste ontworpen en nanofabricated structuur voor nanoschaal lichtverdeling die kunnen schip en de ultra-beperkt optische informatie te manipuleren met een knop kunt u gemakkelijk afstemmen, de energie of de kleur van het licht", zegt Schuck, die werkt in Imaging van de Foundry's en manipulatie van nanostructuren faciliteit.

Moleculaire Foundry post-doctoraal onderzoeker Zhaoyu Zhang, het werken met Schuck en Nanofabrication Facility directeur Stefano Cabrini, vervaardigd nanoantennas uit vier gelijkzijdige driehoeken van goud lithografisch patroon van een 'cross' geometrie te creëren.

Het doorbreken van de symmetrie van deze cross-vormig apparaat wijzigt, zijn primaire resonantie-modus - een woning het best geïllustreerd door het verbrijzelen van een champagne flute wanneer het geconfronteerd met een muzikale toon van de juiste toonhoogte. In deze cross nanoantennas, de resonerende modus corresponderen met verschillende frequenties, of kleuren, van licht.

"We kunnen nu de plasmonische eigenschappen van deze apparaten te bedienen door de invoering van asymmetrie, en vinden we rood en blauw licht is letterlijk gestuurd naar links en rechts", zegt Zhang. "Door verlegging van de grenzen van het manipuleren van licht in een kleiner volume, kunnen we verhuizen informatie naar een plaats of een ander snel en efficiënt, wat belangrijk is voor een snelle, kleur-gevoelige fotodetectie."

Inderdaad, het verschuiven van het verticaal uitgelijnd bowtie in het kruis nanoantenna slechts vijf nanometer links van het midden genereert twee resonantie modes, het produceren van een twee-kleurenfilter. Het team verder aangetoond dit effect door te breken andere symmetrieën van de strikjes, wat leidt tot een drie-kleurenfilter. Deze symmetriebreking geeft wetenschappers de mogelijkheid om "auto-tune" een apparaat om een ​​gewenste set van kleuren of energieën, van cruciaal belang voor de filters en andere detectoren. Met behulp van de nanofabricage mogelijkheden die beschikbaar zijn in de gieterij, de wetenschappers van plan om te verkennen het aanpassen van de grootte, vorm en positie van de strikjes om het apparaat te optimaliseren. Bijvoorbeeld, konden duizenden strikjes worden verpakt in een gebied dat minder dan een millimeter groot, waardoor grote, maar ultrasnelle, detector arrays.

"Onze bevindingen geven inzicht in het verband tussen eenvoudige symmetriebreking en de coherente koppeling eigenschappen van gelokaliseerde plasmonen, een weg voor de engineering ingewikkelde apparaten waarmee controle van het licht in zeer kleine ruimtes," voegt Schuck.

Een wetenschappelijke paper over dit onderzoek, getiteld "Het manipuleren van nanoschaal licht velden met de asymmetrische bowtie nano-colorsorter," door Zhaoyu Zhang, Alexander Weber-Bargioni, Shiwei Wu, Scott Dhuey, Stefano Cabrini en James Schuck, verschijnt in Nano Letters en is verkrijgbaar in Nano Letters online.

Last Update: 3. October 2011 13:56

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit