「変形プラズモンの光学」は実用的な統合された、コンパクトな光学データ処理チップに対外開放を

Published on July 1, 2010 at 8:07 PM

プロセス情報に電気信号よりもむしろ軽い使用する可視ライト、超高速のコンピュータ、およびハリー Potteresque の不可視性のマントが付いている DNA の分子を解決することできる強力で新しい顕微鏡は変形の光学の多くの感動の約束のちょうどいくつかです。

科学のこの急増フィールドでは、光波は普通金属からなされる metamaterials、合成物および誘電体 - 電磁場の前で分極されるようになる絶縁体の一義的な構成によってスケールのすべての長さで制御されます。 考えは」太陽系外空間が Einstein の相対性理論の下の大きい目的の存在によって変形する方法にある意味では類似したライトが移動する時々 「光学スペースと言われる物理的な空間を、変形させることです。

左の設計図は単一の突起の金属誘電体インターフェイス (SPPs)の表面のプラズモンの polaritons の分散を示します。 権利の設計図は突起のまわりの光学スペースが変形するとき SPP の分散が劇的にどのように抑制されるか示します。 (チャンのグループの画像礼儀)

これまでは変形の光学はに関して未来がかもしれません何を保持する主に困難 nano または subwavelength のスケールで metamaterials の物理的性質を修正すること金属のためにどのようにであるかそうなったもので主要な障害物がヒントだけ提供してしまいました。 ここでその金属の障害物を行き渡ること可能であるかもしれませんことを、 (DOE)ローレンスバークレーの国立研究所 (バークレーの実験室) 米国エネルギー省の研究者のチームおよび (UC) カリフォルニア大学はバークレーそれを示しました。 洗練された計算機シミュレーションを使用して、それらは metamaterial の誘電性のコンポーネントの適当な修正だけと、実用的な変形の光学結果を達成することは可能なはずであることを示しました。 成功へのキーは plasmonics として知られている科学の別の有望で新しいフィールドとの変形の光学の組合せです。

プラズモンは金属で伝導の電子の海を通って転送する電子地表波です。 ちょうどライトの波のエネルギーが量子化した光子と、そう呼出される、粒子そっくりの単位を余りに、であるプラズモンと呼出される plasmonic エネルギーによって運ばれる疑似粒子送られるように。 プラズモンは表面のプラズモンの polariton (SPP) と呼出された更に別の疑似粒子を形作る metamaterial の金属および誘電体のインターフェイスで光子と強く相互に作用しています。 これらのの処理は metamaterials の驚くほどの光学的性質の中心に SPPs あります。

金属ない金属自体に隣接して誘電材料の処理を含んだ 「変形プラズモンの光学」アプローチをダビングしたもの模倣されるバークレーの実験室のカリフォルニア州立大学バークレー校の Nano スケール科学の物質科学部そしてディレクターを持つ Xiang チャン、主任調査官および工学中心 (SINAM) が導くバークレー実験室 UC バークレーのチーム。 この目新しい取り組み方は SPPs が波長の広い範囲上の不均等な、曲げられた表面を渡って重要な分散の損失にことを苦しまないで移動することを可能にするために示されていました。 このモデルを使用して、チャンおよび彼のチームはそれから Uターンをするように光ビームのエネルギーか特性を変えない 180 度のくねりが付いている plasmonic 導波管を設計しました。 彼らはまた Luneburg レンズ、多重方向から光学波をすぐに受け取り、解決できる球形レンズの plasmonic バージョンを設計しました。

「私達の metamaterials の金属の特性が完全に不変であるので、私達の変形プラズモンの光学方法は非常に小規模でライトの経路を指定するために実用的な方法を提供します」とチャンは言います。 ほぼフィールド光学波を処理する 「私達の調査結果変形の光学技術の力を明らかにし他の多くの興味をそそる plasmonic 装置が私達が」。はもたらした方法に基づいていた実現されると私達は期待します

チャンはです 「変形プラズモンの光学よばれるジャーナル Nano 文字で現われたこの研究を記述するペーパーの対応する著者」。と チャンが付いているペーパーを共著して Yongmin 劉、トマス Zentgraf およびガイ Bartal でした。

ペーパーの主執筆者であって、チャンのカリフォルニア州立大学バークレー校のグループのポストドクターである 180 度の plasmonic くねりおよびまた Luneburg plasmonic レンズに加える劉を 「、私達のアプローチビームスプリッターおよびベルト寄せのデザインおよび生産、および方向軽いエミッターを可能にするべきです言います。 技術はまた統合された、コンパクトな光学データ処理チップの構築に適当なべきです」。

チャンおよび彼の研究グループはライトを逆方向に曲げてできた metamaterials 「否定的な屈折として知られていた特性を作る最初のグループに」なった 2008 年以来の変形の光学研究の最前線にありました実際のところ前例のないです。 2009 年に、彼および彼のグループは光学検出からのそれの下に置かれた目的の存在を隠した nanostructured ケイ素からの 「カーペットマント」を作成しました。

これのために Zentgraf および Bartal を最新の使用、チャンおよび劉は伝搬の波の従来の変形の光学焦点から出発し、 SPPs によって運ばれたほぼフィールド (subwavelength) 領域に代りに焦点を合わせました。

「SPPs の強度金属と誘電性媒体間のインターフェイスで極大で、インターフェイスから指数減少」、はチャンを言います。 「SPP エネルギーの重要な部分が金属の外のかすかなフィールド、すなわち、隣接した誘電性媒体で送られるので、私達は金属の特性を修復しておくことおよび変形の光学技術に基づいて誘電材料を修正するによってだけ SPPs を制御することを提案しました」。

異なった変形させたデザインの全波のシミュレーションは正しいチャンおよび彼の同僚によって提案された方法を証明しました。 慎重な変形プラズモンの光学スキームが取られればそれ以上の倍力このアプローチの実用性変形させた誘電材料は等方性および非磁気である場合もあることがなお示されました。 ほとんど完全な伝達が付いている 180 度のくねりの plasmonic くねりのデモンストレーションは特に重要でした。

「Plasmonic 導波管統合された plasmonic 装置の最も重要なコンポーネント/要素の 1 つです」、は劉を言います。 「しかし、湾曲は頻繁に光シグナルを転送するための長さを減らす強い放射損失の原因となります。 私達の 180 度のくねりの plasmonic くねりは確定的に重要で、です統合された plasmonic 装置の有用な将来デザイン」。

ケイ素ベースの光通信装置によって比較されて plasmonics の使用は更に光通信装置の合計サイズを縮小し、パフォーマンスを改善するべきであるある特定の材料が付いているライトの相互作用を高めるのを助けることができます。

「私達は変形プラズモンの光学アプローチの一義的なデザイン柔軟性が nano 光学および光通信の回路設計に新しいドアを開くかもしれないことと」チャンを言います想像します。

この研究は米国陸軍の研究のオフィスおよび全米科学財団の Nano スケール科学および工学中心によってサポートされました。

Last Update: 12. January 2012 06:46

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