Plasmonische golfgeleiders openen de mogelijkheid om drastisch geminiaturiseerde optische apparaten te ontwikkelen en bieden een veelbelovende route naar de volgende generatie geïntegreerde nanofotonische circuits voor informatieverwerking, optische computers en anderen. Sleutelelementen van nanofotonische circuits zijn schakelbare plasmonische routers en plasmonische modulatoren.

Onlangs, Dr. Joachim Herrmann (MBI) en zijn externe medewerkers hebben nieuwe concepten ontwikkeld voor de realisatie van dergelijke nanodevices. Ze onderzochten de voortplanting van oppervlakte-plasmon-polaritonen (SPP) in magneto-plasmonische golfgeleiders. Op basis van de resultaten van dit onderzoek, ze stelden nieuwe varianten voor van schakelbare magneto-plasmonische routers en magneto-plasmonische schijfmodulatoren voor verschillende nanofotonische functionaliteiten. In een golfgeleider op basis van een metaalfilm met een dikte die de huiddiepte overschrijdt en omgeven door een ferromagnetisch diëlektricum, een extern magnetisch veld in de dwarsrichting kan een significante ruimtelijke asymmetrie van de modusverdeling van oppervlakte-plasmon-polaritonen (SPP) induceren. Superpositie van de oneven en de even asymmetrische modi over een bepaalde afstand leidt tot een concentratie van de energie op één interface, die door magnetische veldomkering naar de andere interface wordt geschakeld.

De gevraagde magnetisatiegrootte wordt exponentieel verminderd met de toename van de dikte van de metaalfilm. Op basis van dit fenomeen de groep stelde een nieuw type golfgeleider-geïntegreerde magnetisch gestuurde schakelbare plasmonische routers voor. Een configuratie van zo'n nano-apparaat wordt getoond in Fig. 1, bestaande uit een T-vormige metalen golfgeleider omgeven door een ferromagnetisch diëlektricum onder een extern magnetisch veld dat een magnetisatie M induceert. In Fig. 2, numerieke resultaten voor de plasmonvoortplanting door het oplossen van de Maxwell-vergelijking laten kanaalwisseling zien door de magnetische veldomkering met een 99 procent hoog contrast binnen de optische bandbreedte van tientallen THz. Hier, g is de draaiing g=χM, χ is de magneto-optische gevoeligheid en g0 is een karakteristieke draaiing die wordt gevraagd om een ​​significante modusasymmetrie te induceren. Magnetische veldomkering door geïntegreerde elektronische schakelingen kan worden gerealiseerd met een herhalingssnelheid in het GHz-gebied. Houd er rekening mee dat tot nu toe er zijn maar weinig artikelen die melding maken van de realisatie van schakelbare plasmonische routers op basis van vertakte zilveren nanodraden die worden gecontroleerd door de polarisatie van het ingangslicht.

In een tweede paper, de groep stelde een nieuw type ultrakleine plasmonische modulator voor op basis van een metaal-isolator-metalen golfgeleider en een zijgekoppelde magneto-optische schijf die wordt bestuurd door een extern magnetisch veld (zie figuur 3). De golfgetalverandering en de transmissie van oppervlakte-plasmon-polaritonen (SPP's) kunnen worden afgestemd door het magnetische veld te veranderen. Omkeerbaar aan/uit-schakelen van de lopende SPP-modi door een omkering van de richting van het externe magnetische veld wordt gedemonstreerd. Resonante verbetering van de magneto-plasmonische modulatie met meer dan 200 keer leidt tot een modulatiecontrastverhouding van meer dan 90 procent, het behouden van een matig invoegverlies binnen een optische bandbreedte van honderden GHz. Numerieke simulaties door de oplossing van de vergelijkingen van Maxwell bevestigen de voorspellingen door de afgeleide analytische formules van een magneto-plasmonische modulatie met hoog contrast. Fig. 4 toont de verdeling van de magnetische veldcomponenten van de SPP's bij een gyratie g =0,03 en g =-0,03, respectievelijk. Zoals te zien is door de richting van het externe magnetische veld te veranderen, via het gewijzigde interferentiepatroon in de golfgeleider wordt de transmissie van de SPP's van een uit- naar een aan-status geschakeld.