"Transformational Plasmon Optics" Opent deur naar praktische geïntegreerde, Compact Optical Data-Processing Chips

Published on July 1, 2010 at 8:07 PM

Krachtige nieuwe microscopen in staat om DNA-moleculen op te lossen met zichtbaar licht, supersnelle computers die licht gebruiken in plaats van elektronische signalen om informatie te verwerken, en Harry Potteresque onzichtbaarheidsmantels zijn slechts enkele van de vele spannende beloften van de transformatie optica.

In dit snel groeiende gebied van de wetenschap, lichtgolven kunnen worden gecontroleerd bij alle lengtes van schaal door de unieke structuur van metamaterialen, composieten meestal gemaakt van metaal en diëlektrica - isolatoren, die worden gepolariseerd in de aanwezigheid van een elektromagnetisch veld. Het idee is om te transformeren van de fysieke ruimte waardoor het licht reist, soms aangeduid als "optische ruimte," op een manier die vergelijkbaar is met de manier waarop de ruimte wordt getransformeerd door de aanwezigheid van een massief object onder de relativiteitstheorie van Einstein.

Schema op de linkerkant toont de verstrooiing van het oppervlak plasmon polaritonen (POD's) op een metal-diëlektrische interface met een uitsteeksel. Schema op rechts laat zien hoe SPP verstrooiing dramatisch wordt onderdrukt wanneer de optische ruimte rond het uitsteeksel is getransformeerd. (Foto met dank aan Zhang groep)

Tot nu toe transformatie optiek hebben geleverd alleen maar hints over wat de toekomst zou kunnen houden, met een grote wegversperring wordt hoe moeilijk het is om de fysieke eigenschappen van metamaterialen wijzigen op de nano-of kleiner dan de golflengte schaal, vooral als gevolg van de metalen. Nu, een team van onderzoekers met de US Department of Energy (DOE) 's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) hebben en de Universiteit van Californië (UC) Berkeley aangetoond dat het mogelijk is om rond te gaan dat metaal wegversperring. Met behulp van geavanceerde computersimulaties, hebben ze aangetoond dat met slechts matige wijzigingen van de diëlektrische component van een metamateriaal, moet het mogelijk zijn om praktische transformatie optiek resultaten te bereiken. De sleutel tot succes is de combinatie van transformatie optiek met een andere veelbelovende nieuwe gebied van de wetenschap bekend als Plasmonics.

Een plasmon is een elektronisch surface wave die rolt door de zee van geleiding elektronen op een metaal. Net als de energie in golven van het licht is uitgevoerd in gequantiseerd deeltjes-achtige eenheden, genaamd fotonen, zo is ook plasmonische energie die in een quasi-deeltjes genoemd plasmonen. Plasmonen zal sterk interactie met fotonen op het snijvlak van een metamateriaal de metaal-en diëlektrische te vormen nog een quasi-deeltje een oppervlakte plasmon polariton (SPP) genoemd. Manipulatie van deze POD's is in het hart van de verbazingwekkende optische eigenschappen van metamaterialen.

De Berkeley Lab-UC Berkeley team, onder leiding van Xiang Zhang, een hoofdonderzoeker met Berkeley Lab Materials Sciences Division en directeur van het UC Berkeley's Nano-schaal Science and Engineering Center (SINAM), naar het model wat ze hebben een "transformationele plasmon optics" benadering genoemd dat de betrokken manipulatie van de diëlektrische materiaal grenzend aan een metalen, maar niet het metaal zelf. Deze nieuwe aanpak werd aangetoond dat het mogelijk maken voor POD's om over oneffen en gebogen oppervlakken reizen over een breed scala van golflengten zonder te lijden significant verstrooiing verliezen. Met behulp van dit model,. Zhang en zijn team vervolgens ontwierp een plasmonische golfgeleider met een 180 graden bocht die niet zal beïnvloeden de energie of de eigenschappen van een lichtbundel want het maakt de U-bocht Ze ontwierp ook een plasmonische versie van een Luneburg lens, de bal-vormige lenzen die kan ontvangen en optische golven op te lossen vanuit meerdere richtingen tegelijk.

"Sinds de metaal eigenschappen in onze metamaterialen zijn volledig ongewijzigd, onze transformatie plasmon optiek methodiek een praktische manier voor het routeren van het licht op zeer kleine schaal biedt", zegt Zhang zegt. "Onze bevindingen tonen de kracht van de transformatie optiek techniek near-field optische golven te manipuleren, en we verwachten dat veel andere intrigerende plasmonische apparaten zullen worden gerealiseerd op basis van de methodologie die we hebben ingevoerd."

Zhang is de overeenkomstige auteur van een paper beschrijft het onderzoek dat verscheen in het tijdschrift Nano Letters, getiteld "Transformational Plasmon Optics." Co-authoring het papier met Zhang waren Yongmin Liu, Thomas Zentgraf en Guy Bartal.

Last Update: 28. October 2011 04:38

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