“O Sistema Ótico Transformacional do Plasmon” Abre a Porta à Integrada Prática, Microplaquetas De processo de dados Ópticas do Estojo Compacto

Published on July 1, 2010 at 8:07 PM

Os microscópios novos Poderosos capazes de resolver as moléculas do ADN com luz visível, os computadores muito rápidos que usam claro um pouco do que sinais eletrônicos à informação de processo, e da invisibilidade de Harry Potteresque os casacos são apenas algumas de muitas promessas de excitação de sistemas óticos da transformação.

No este campo de germinação da ciência, as ondas claras podem ser controladas em todos os comprimentos da escala com da estruturação original dos metamaterials, dos compostos feitos tipicamente dos metais e dos dieléctricos - os isoladores que se tornam polarizados na presença de um campo eletromagnético. A ideia é transformar o espaço físico através de que a luz viaja, referido às vezes como “o espaço óptico,” de um modo similar à maneira em que o espaço é transformado pela presença de um objeto maciço sob a teoria de relatividade de Einstein.

O Diagrama Esquemático à esquerda mostra a dispersão dos polaritons de superfície do plasmon (SPPs) em uma relação do metal-dielétrico com uma única saliência. O Diagrama Esquemático no direito mostra como a dispersão dos SPP é suprimida dramàtica quando o espaço óptico em torno da saliência é transformado. (Cortesia de Imagem do grupo de Zhang)

Os sistemas óticos da transformação têm entregado Até agora somente as sugestões a respeito o que o futuro pôde guardarar, com de um corte de estrada principal que é como difícil são alterar as propriedades físicas dos metamaterials na escala nano ou do subwavelength, principalmente devido aos metais. Agora, uma equipe dos pesquisadores com o Ministério de E.U. (DOE) do Laboratório Nacional do Lawrence Berkeley da Energia (Laboratório de Berkeley) e a Universidade Da California (UC) Berkeley mostraram-no que pôde ser possível circundar esse corte de estrada do metal. Usando simulações computorizadas sofisticadas, demonstraram aquela com somente alterações moderados do componente dieléctrico de um metamaterial, ele devem ser possíveis para conseguir resultados práticos do sistema ótico da transformação. A chave ao sucesso é a combinação de sistema ótico da transformação com um outro campo novo prometedor da ciência conhecido como o plasmonics.

Um plasmon é uma onda de superfície eletrônica que role através do mar de elétrons da condução em um metal. Apenas como a energia nas ondas da luz é levada dentro quantificou partícula-como as unidades chamadas fotão, Assim, também, é energia plasmonic quase-partículas dentro levadas chamadas plasmons. Os Plasmons interagirão fortemente com os fotão na relação quase-partícula um metal dos metamaterial e dielétrico a formar contudo de uma outra chamados um polariton de superfície do plasmon (SPP). A Manipulação dos estes SPPs é no centro das propriedades ópticas surpreendentes dos metamaterials.

A equipe de Berkeley Laboratório-UC Berkeley, conduzida por Xiang Zhang, um investigador principal com a Divisão de Ciências dos Materiais do Laboratório de Berkeley e o director da Ciência da Nano-Escala de Uc Berkeley e Centro da Engenharia (SINAM), modelados o que dublou “uma aproximação do sistema ótico transformacional do plasmon” que envolvesse a manipulação do material dieléctrico junto a um metal mas não ao metal próprio. Esta aproximação nova foi mostrada para torná-la possível para que o SPPs viaje através das superfícies desiguais e curvadas sobre uma escala larga dos comprimentos de onda sem sofrer perdas significativas da dispersão. Usando este modelo, Zhang e sua equipe projectaram então um medidor de ondas plasmonic com uma curvatura de 180 graus que não alterasse a energia ou as propriedades de um feixe luminoso como faz a Inversão de marcha. Igualmente projectaram uma versão plasmonic de uma lente de Luneburg, as lentes bola-dadas forma que podem receber e resolver ondas ópticas dos sentidos múltiplos imediatamente.

“Desde Que as propriedades do metal em nossos metamaterials são completamente inalteradas, nossa metodologia transformacional do sistema ótico do plasmon fornece uma maneira prática distribuindo a luz muito em pequenas escalas,” Zhang diz. “Nossos resultados revelam a potência da técnica do sistema ótico da transformação manipular ondas ópticas do próximo-campo, e nós esperamos que muitos outros dispositivos plasmonic de intriga estarão realizados basearam na metodologia que nós introduzimos.”

Zhang é o autor correspondente de um papel que descreve esta pesquisa que apareceu nas Letras Nano do jornal, intitulado “Sistema Ótico Transformacional do Plasmon.” Co-Sendo o autor do papel com Zhang eram Yongmin Liu, Thomas Zentgraf e Indivíduo Bartal.

Diz Liu, que era o autor principal do papel e é um pesquisador cargo-doutoral no grupo do Uc Berkeley de Zhang, “Além do que a curvatura plasmonic de 180 graus e a lente plasmonic de Luneburg, nossa aproximação deve igualmente permitir o projecto e a produção de divisores e de deslocadores de feixe, e os emissores leves direccionais. A técnica deve igualmente ser aplicável à construção de microplaquetas de processo de dados ópticas integradas, compactas.”

Zhang e seu grupo de investigação estiveram no pelotão da frente da pesquisa do sistema ótico da transformação desde 2008 quando se transformou o primeiro grupo para formar os metamaterials que podiam dobrar para trás a luz, uma propriedade conhecida como “a refracção negativa,” que é inaudita na natureza. Em 2009, e seu grupo criaram do “um casaco tapete” do silicone nanostructured que escondeu a presença de objetos colocados sob ele da detecção óptica.

Para isto o trabalho, o Zhang e o Liu os mais atrasados com Zentgraf e Bartal partiram do foco tradicional do sistema ótico da transformação em ondas da propagação e centraram-se pelo contrário sobre a região dentro levada SPPs do próximo-campo (subwavelength).

“A intensidade do SPPs é máxima na relação entre um metal e um media dieléctrico e deteriora exponencial longe da relação,” diz Zhang. “Desde Que uma parte significativa de energia dos SPP é levada dentro o campo esvanecente fora do metal, isto é, no media dieléctrico adjacente, nós propor controlar o SPPs mantendo a propriedade do metal fixada e somente alterando o material dieléctrico baseado na técnica do sistema ótico da transformação.”

As simulações De Onda Completa de projectos transformados diferentes provaram a metodologia propor por Zhang e por seus colegas correctos. Além disso demonstrou-se que se um esquema transformacional prudente do sistema ótico do plasmon é tomado os materiais dieléctricos transformados podem ser isotropic e nonmagnetic, que impulsos mais adicionais a praticabilidade desta aproximação. A demonstração de uma curvatura plasmonic da curvatura de 180 graus com transmissão quase perfeita era especialmente significativa.

De “os medidores de ondas Plasmonic são um dos componentes/elementos os mais importantes em dispositivos plasmonic integrados,” diz Liu. “Contudo, as curvaturas conduzem frequentemente à perda de radiação forte que reduz o comprimento para transferir um sinal óptico. Nossa curvatura plasmonic da curvatura de 180 graus é definida importante e será no futuro projecto útil de dispositivos plasmonic integrados.”

Comparado com os dispositivos fotónicos silicone-baseados o uso do plasmonics poderia ajudar a reduzir proporcionalmente mais o tamanho total de dispositivos fotónicos e a aumentar a interacção da luz com determinados materiais, que devem melhorar o desempenho.

“Nós prevemos que a flexibilidade original do projecto da aproximação transformacional do sistema ótico do plasmon pode abrir uma porta nova ao sistema ótico nano e ao projecto de circuito fotónico,” Zhang dizemos.

Esta pesquisa foi apoiada pelo Escritório da Pesquisa do Exército de E.U. e pelo Centro da Ciência e da Engenharia da Nano-Escala do National Science Foundation.

Last Update: 12. January 2012 06:55

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