"המעצבת Plasmon אופטיקה" פותח את הדלת כדי משולב מעשית, קומפקט אופטי עיבוד הנתונים Chips

Published on July 1, 2010 at 8:07 PM

מיקרוסקופים חדשים רבי עוצמה שתוכל לפתור מולקולות דנ"א עם האור הנראה, מחשבים superfast כי השימוש באור במקום אותות אלקטרוניים לעבד מידע, גלימות היעלמות הארי Potteresque הם רק חלק ההבטחות מרתק רבים אופטיקה שינוי.

בתחום זה המתפתחת של המדע, גלי האור ניתן לשלוט בכל אורכי בהיקף באמצעות מבנה ייחודי של metamaterials, חומרים מרוכבים עשויים בדרך כלל מ מתכות דיאלקטריים - מבודדים זה להיות מקוטב בנוכחות שדה אלקטרומגנטי. הרעיון הוא להפוך את המרחב הפיזי שדרכו עובר האור, המכונה לעתים "מרחב אופטי", באופן דומה לדרך שבה מהחלל החיצון הופכת על ידי נוכחות של אובייקט מסיבי תחת תורת היחסות של איינשטיין.

סכמטי משמאל מראה את פיזור plasmon משטח polaritons (SPPs) על ממשק מתכת דיאלקטרי עם בליטה אחת. סכמטי מראה על הזכות איך SPP פיזור מדוכאת באופן דרמטי כאשר שטח אופטי סביב הבליטה משתנה. (התמונה באדיבות של ז'אנג קבוצה)

עד כה אופטיקה שינוי סיפקו רמזים רק על מה העתיד עשוי להחזיק, עם מחסום גדול להיות כמה קשה כדי לשנות את המאפיינים הפיזיים של metamaterials ב-nano או בקנה מידה subwavelength, בעיקר בגלל מתכות. כעת, צוות של חוקרים עם משרד האנרגיה האמריקני (DOE) של המעבדה הלאומית לורנס ברקלי (ברקלי) ואת אוניברסיטת קליפורניה (UC) בברקלי הראו כי אפשר לעקוף את מחסום המתכת. באמצעות הדמיות מחשב מתוחכמות, הם הראו כי עם שינויים מתונים בלבד של הרכיב דיאלקטרי של metamaterial, זה צריך להיות אפשרי להשיג תוצאות מעשיות אופטיקה שינוי. המפתח להצלחה הוא שילוב של אופטיקה טרנספורמציה עם שדה נוסף חדש ומבטיח של המדע הידוע plasmonics.

Plasmon הוא גל משטח אלקטרוני שמתגלגל בים של אלקטרונים ההולכה על מתכת. בדיוק כמו אנרגיית גלי האור נישא חלקיק דמוי יחידות בדיד הנקרא פוטונים, כך גם הוא אנרגיה plasmonic נשא מעין חלקיקים הקרויים plasmons. Plasmons יהיה אינטראקציה חזקה עם פוטונים על הממשק של מתכת של metamaterial דיאלקטרי כדי ליצור עוד חלקיק למחצה שנקרא plasmon משטח polariton (SPP). מניפולציה של SPPs אלה בלב התכונות האופטיות של metamaterials מדהים.

Lab-UC ברקלי צוות ברקלי, בראשות קסיאנג זאנג, החוקר הראשי עם אגף חומרים של ברקלי למדעי המעבדה ומנהל המדע UC ברקלי בקנה מידה ננו והנדסה מרכז (SINAM), הדגם מה שהם כינו "מתמיר plasmon אופטיקה" הגישה כי מניפולציה מעורב של חומר דיאלקטרי הסמוכים מתכת, אבל לא את המתכת עצמה. גישה זו הרומן הוצגה מאפשרים SPPs לנסוע על פני משטחים אחידים ומעוקל על פני טווח רחב של אורכי גל בלי לסבול הפסדים פיזור משמעותי. באמצעות מודל זה, אנג וצוותו נועד אז עם מוליך גל plasmonic לכופף 180 מעלות כי לא תשנה את האנרגיה או המאפיינים של אלומת אור כפי שהוא עושה פניית פרסה. הם גם עיצב גרסה plasmonic של העדשה Luneburg, הכדור בצורת עדשות שיכולות לקבל לפתור גלים אופטיים מכל הכיוונים בבת אחת.

"מאז המאפיינים מתכת metamaterials שלנו הם ללא שינוי לחלוטין, המעצבת שלנו plasmon אופטיקה מתודולוגיה מספקת דרך מעשית עבור ניתוב האור בקני מידה קטנים מאוד", אמר זאנג. "הממצאים שלנו מגלים את הכוח של הטכניקה שינוי אופטיקה לתפעל שדה ליד גלים אופטיים, ואנו מצפים כי רבים והתקנים אחרים plasmonic מסקרן תמומש על בסיס המתודולוגיה הצגנו".

ז'אנג הוא המחבר המקביל של מאמר המתאר את המחקר שהופיע העת המדעי Nano Letters, תחת הכותרת "המעצבת Plasmon אופטיקה." Co-authoring את הנייר עם אנג היו Yongmin ליו, תומאס Zentgraf וגיא ברטל.

אומר ליו, מי היה הכותב הראשי של העיתון הוא חוקר פוסט דוקטורט ב UC אנג ברקלי הקבוצה, "בנוסף לכופף את plasmonic 180 מעלות העדשה plasmonic Luneburg, הגישה שלנו צריכה גם לאפשר תכנון וייצור של קרן מפצלי shifters ו emitters אור כיוונית. הטכניקה צריך להיות גם רלוונטי לבניית משולבת, קומפקטית נתונים לעיבוד שבבים אופטיים. "

ז'אנג וקבוצת המחקר שלו היו בחוד החנית של המחקר אופטיקה שינוי מאז 2008, כאשר הם הפכו לקבוצה הראשונה metamaterials אופנה הצליחו לכופף את האור לאחור, תכונה המכונה "שבירה שלילי", שהוא חסר תקדים בטבע. בשנת 2009, הוא וקבוצתו יצרו "גלימה שטיח" מסיליקון nanostructured כי הסתיר את נוכחותם של העצמים תחת אותו זיהוי אופטי.

על עבודתו זו האחרונה, עזבה זאנג ליו עם Zentgraf ו ברטל מן להתמקד בשינוי אופטיקה המסורתית על גלי התפשטות וממוקד במקום על SPPs נשאו באזור השדה הקרוב (subwavelength).

"עוצמת SPPs הוא מקסימלי בממשק שבין מתכת לבין בינוני דיאלקטרי אקספוננציאלי דועך מן הממשק," אומר ג'אנג. "מאחר שחלק ניכר SPP האנרגיה מתבצעת בתחום חלוף מחוץ מתכת, כלומר, בתווך דיאלקטרי הסמוך, הצענו לשלוט SPPs על ידי שמירה על הרכוש מתכת קבוע רק שינוי חומר דיאלקטרי המבוסס על טכניקת שינוי אופטיקה ".

מלא גל הדמיות של עיצובים שונים שינו הוכיח את המתודולוגיה המוצעת על ידי זאנג ועמיתיו הנכון. זה היה הפגינו יתר על כן, כי אם תוכנית נבון מתמיר plasmon אופטיקה נלקח חומר דיאלקטרי הפך ניתן איזוטרופיים ו - מגנטיים, אשר מגביר עוד יותר את המעשיות של גישה זו. ההפגנה של עיקול של 180 מעלות לכופף plasmonic עם הילוכים כמעט מושלמת היה משמעותי במיוחד.

"בגלבו Plasmonic הם אחד המרכיבים / המרכיבים החשובים ביותר מכשירים plasmonic משולב", אומר ליו. "עם זאת, לעתים קרובות עקמומיות להוביל לאובדן קרינה חזקה מפחית את אורך להעברת אותות אופטיים. 180 שלנו לכופף תואר לכופף plasmonic חשוב בהחלט יהיה שימושי בתכנון עתידי של מכשירים plasmonic משולב ".

לעומת מכשירים מבוססי סיליקון פוטוניים השימוש plasmonics יכול לעזור לקדם את סולם למטה הגודל הכולל של התקנים פוטוניים ולהגביר את האינטראקציה של האור עם חומרים מסוימים, אשר אמור לשפר את הביצועים.

"אנו צופים כי גמישות בעיצוב ייחודי של הגישה plasmon אופטיקה מתמיר יכול לפתוח דלת חדשה אופטיקה ננו תכנון מעגלים פוטוניים", אמר זאנג.

מחקר זה מומן על ידי משרד צבא ארה"ב למחקר ננו בהיקף של קרן המדע הלאומית למדע המרכז להנדסה.

Last Update: 3. October 2011 01:56

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