"Transformational Plasmon Optics" öppnar dörren till praktisk integrerad, kompakt optisk databehandling Chips

Published on July 1, 2010 at 8:07 PM

Kraftfulla nya mikroskop kunna lösa DNA-molekyler med synligt ljus, supersnabba datorer som använder ljus i stället för elektroniska signaler att bearbeta information, och Harry Potteresque kappor osynlighet är bara några av de många spännande löften om förändring optik.

I denna spirande området vetenskap, kan ljusvågor kontrolleras på alla längder av skala genom den unika struktureringen av metamaterial, kompositer som vanligen från metaller och dielektrika - isolatorer som blivit polariserad i närvaro av ett elektromagnetiskt fält. Tanken är att omvandla det fysiska rummet genom vilken ljuset färdas, som ibland kallas "optiska utrymme," på ett sätt som liknar det sätt på vilket yttre rymden förvandlas av närvaron av en massiv objekt under Einsteins relativitetsteori.

Schematisk till vänster visar spridningen av ytan plasmon polaritons (SPPs) på en metall-dielektriska gränssnitt med ett enda utstick. Schematisk på höger visar hur SPP spridning dramatiskt undertrycks när den optiska utrymmet runt utstick förvandlas. (Bild med tillstånd från Zhang grupp)

Hittills omvandling optik har endast levererat tips om vad framtiden kan ha, med en stor vägspärr som hur svårt det är att ändra de fysiska egenskaperna hos metamaterial på nano eller subwavelength skala, främst på grund av metaller. Nu, ett team av forskare med US Department of Energy (DOE) s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) har och University of California (UC) Berkeley visat att det kan vara möjligt att gå runt denna metall vägspärr. Använda avancerade datorsimuleringar har de visat att med endast måttliga förändringar av den dielektriska komponent i en metamaterial, bör det vara möjligt att uppnå praktiska omvandlingen optik resultat. Nyckeln till framgång är kombinationen av transformation optik med en annan lovande nytt forskningsområde som kallas plasmonics.

En plasmon är en elektronisk yta våg som rullar genom havet av ledningselektroner på en metall. Precis som energi i vågor av ljus sker i kvantiserad partikel-liknande enheter som kallas fotoner, så är också plasmoniska energi transporteras i kvasi-partiklar som kallas plasmoner. Plasmoner kommer att samverka starkt med fotoner i gränssnittet mellan ett metamaterial s metall och dielektriska att bilda ännu en kvasi-partikel som kallas en yta plasmon polariton (SPP). Manipulering av dessa SPPs är kärnan i den häpnadsväckande optiska egenskaper av metamaterial.

The Berkeley Lab-UC Berkeley forskargrupp, ledd av Xiang Zhang, en delförsöksledare med Berkeley Lab Materials Sciences Division och chef för UC Berkeley har nanoskala Science and Engineering Center (SINAM), modellerade vad de har döpt en "transformerande plasmon optik" synsätt som innebar manipulering av dielektriskt material i anslutning till en metall, men inte själva metallen. Denna nya metod har visat sig göra det möjligt för SPPs resa över ojämna och svängda ytor över ett brett spektrum av våglängder utan att lida betydande spridning förluster. Med hjälp av denna modell. Zhang och hans team sedan utformat ett plasmoniska vågledare med en 180 graders böj som inte kommer att ändra energi eller egenskaper hos en ljusstråle som gör U-sväng De har också utformat ett plasmoniska version av en Luneburg lins, den klotformade linser som kan ta emot och lösa optiska vågor från flera håll samtidigt.

"Sedan metallegenskaper i vår metamaterial är helt oförändrad, ger vår transformerande plasmon optik metodik ett praktiskt sätt för routing ljus vid mycket små skalor," säger Zhang. "Våra fynd visar kraften i omvandlingen optik teknik för att manipulera närområdet optiska vågor, och vi räknar med att många andra spännande plasmoniska enheter kommer att realiseras baseras på den metodik vi har infört."

Zhang är motsvarande författare till ett papper som beskriver denna forskning som publicerades i tidskriften Nano Letters, med titeln "Transformational Plasmon Optics." Co-authoring pappret med Zhang var Yongmin Liu, Thomas Zentgraf och Guy Bartal.

Last Update: 6. October 2011 18:08

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