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GRIN Plasmonics Technik bietet praktische Art und Weise für Routing Licht am Nanoebene

Published on January 25, 2011 at 6:17 AM

Sie sagten, es getan werden könnte, und jetzt werden sie haben es geschafft. Was mehr ist, haben sie es mit einem Grinsen.

Für Gradienten-Index - - Ein Team von Forschern mit dem US Department of Energy (DOE) 's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) und der University of California, Berkeley, haben die erste experimentelle Demonstration von GRIN durchgeführt Plasmonik, ein Hybrid-Technologie Das öffnet die Tür für eine Vielzahl von exotischen Optik, einschließlich superschnellen Computern in Licht statt elektronische Signale, ultra-leistungsstarken optischen Mikroskopen in der Lage, DNA-Moleküle mit sichtbarem Licht zu beheben, und "Unsichtbarkeit" Teppich-Tarnvorrichtungen basiert.

Auf der linken Seite ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Plasmonen Luneburg-Linse auf einem Gold-Film. Auf der rechten Seite zeigt Fluoreszenz-Imaging Intensität des SPP propagiert durch die Luneburg-Linse (gestrichelter Kreis). X markiert den Start Position des Elektronenstrahls und Z ist die Richtung, in der die SPP zu propagieren.

Arbeiten mit Verbundwerkstoffen mit einem Dielektrikum (nicht leitend) Material auf einem metallischen Substrat, und "Graustufen" Elektronenstrahl-Lithographie, eine Standardmethode in der Computer-Chip-Industrie für die Strukturierung 3-D Oberflächentopographien haben die Forscher hocheffiziente plasmonischen hergestellt Versionen von Lüneburg und Eaton-Objektive. Ein Luneburg-Linse fokussiert das Licht aus allen Richtungen gleich gut, und ein Eaton-Objektiv krümmt das Licht um 90 Grad aus allen eingehenden Richtungen.

"Im vergangenen Jahr haben wir Computersimulationen zeigen, dass mit nur moderaten Änderungen eines isotropen Dielektrikum in einem Dielektrikum-Metall-Verbund, wäre es möglich, praktische Umsetzung Optik zu erzielen", sagt Xiang Zhang, der diese Studie leitete. "Unsere GRIN Plasmonik Technik bietet eine praktische Art und Weise für das Routing von Licht auf sehr kleinen Skalen und Produktion von effizienten funktionalen Plasmonen-Geräte."

Zhang, ein Principal Investigator mit Berkeley Lab Materials Sciences Division und Direktor der UC Berkeley ist Nano-Maßstab Science and Engineering Center (Sinam), ist der jeweilige Autor eines Papiers in der Zeitschrift Nature Nanotechnology, beschreibt dieses Werk mit dem Titel "Plasmonic Lüneburg und Eaton Objektive. " Co-Authoring das Papier waren Thomas Zentgraf, Yongmin Liu, Maiken Mikkelsen und Jason Valentine.

GRIN Plasmonik kombiniert Methoden aus der Transformation Optik und Plasmonik, zwei aufstrebende neue Felder der Wissenschaft, zu revolutionieren, was wir in der Lage, mit Licht zu tun sind, könnte. In Transformation Optik, ist der physische Raum, durch den das Licht verzerrt das Licht der Flugbahn, ähnlich wie in dem Weltraum ist verzogen durch einen massiven Gegenstand unter Einsteins Relativitätstheorie zu kontrollieren. In Plasmonik wird das Licht in den Dimensionen kleiner als die Wellenlänge der Photonen im freien Raum beschränkt, die es ermöglichen, die verschiedenen Längenskalen mit Photonik und Elektronik in einem nanoskaligen Gerät verknüpft übereinstimmen.

"Anwenden von Transformation Optik Plasmonik ermöglicht eine präzise Steuerung der stark beschränkt Lichtwellen im Rahmen der zweidimensionalen Optik", sagt Zhang. "Unsere Technik ist analog zu den bekannten GRIN-Optik-Technik, während vorherige plasmonischen Techniken durch diskrete Strukturierung der Metalloberfläche in einem Metall-Dielektrikum-Verbund realisiert wurden."

Wie alle plasmonischen Technologien, startet GRIN Plasmonik mit einem elektronischen Oberflächenwellen, die durch die Leitungselektronen auf einem Metall-Rollen. So wie die Energie in einer Lichtwelle in einem quantisierten Teilchen-wie-Einheit genannt Photonen durchgeführt wird, so ist auch Plasmonen Energie in einem quasi-Teilchen genannt Plasmon durchgeführt. Plasmonen wird mit Photonen an der Schnittstelle aus einem Metall und Dielektrikum interagieren, um noch eine weitere Quasi-Teilchen, ein Oberflächen-Plasmon-Polariton (SPP) zu bilden.

Die Lüneburg und Eaton-Objektive von Zhang und seine Co-Autoren hergestellt mit SPP statt Photonen interagieren. Um diese Objektive, arbeiteten die Forscher mit einer dünnen dielektrischen Schicht (a thermplastic genannt PMMA) auf einer Goldoberfläche. Bei der Anwendung Graustufen-Elektronenstrahl-Lithographie, die Forscher der dielektrischen Film zu einem Elektronenstrahl, der in der Dosierung (pro Flächeneinheit) variiert wurde, wie es in dem Film die Oberfläche bewegt ausgesetzt. Dies resultierte in stark kontrollierten Unterschiede in der Schichtdicke über die gesamte Länge der dielektrischen, dass die lokale Ausbreitung des SPP verändert. Im Gegenzug ist der "Modus-Index", die, wie schnell die SPP wird propagieren bestimmt, so dass die Richtung der SPP beeinflusst werden kann verändert werden.

Last Update: 20. October 2011 21:08

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