Onderzoekers van het Nanophotonic Technology Center (NTC) van de Polytechnische Universiteit van Valencia (UPV) hebben nieuwe silicium nanoantennes ontworpen met directe toepassingen in communicatie en dataverwerking voor de volgende generatie herconfigureerbare fotonische chips. Dit type configuratie opent de deur naar de ontwikkeling van nieuwe miniatuur nanobiosensoren en naar het ontwerp van toekomstige systemen en netwerken op basis van kwantumoptica. Het werk van de UPV-onderzoekers is gepubliceerd in de ACS Fotonica logboek.

De resultaten van het onderzoek van het NTC-UPV-team combineren de voordelen van diëlektrische draadloze toepassingen en de voordelen van plasmonics. Dit opent de weg naar een nieuwe generatie ultrageïntegreerde hybride netwerken, dat is de belangrijkste bijdrage van het onderzoek.

"We hebben experimenteel de eerste draadloze diëlektrische-plasmonische verbinding bewezen dankzij een nieuw type diëlektrische nanoantenne die de beperkingen van plasmonica overwint, opent de deur naar nieuwe hybride configuraties. De resultaten die we hebben verkregen, hebben directe gevolgen voor het ontwerp van herconfigureerbare communicatienetwerken in de chip, bij de ontwikkeling van ultrasnelle optische apparaten, en in de praktische implementatie van ultracompacte biosensoren. Dankzij plasmonische structuren, dit opent ook de deur naar het creëren van interfaces met toekomstige kwantumsystemen, " zegt Javier Martí, hoofd van het Nanophotonic Technology Center van de UPV.

Efficiënter

Sergio Lechago, onderzoeker bij het NTC en co-auteur van de studie, legt uit dat plasmonische apparaten de ontwikkeling mogelijk hebben gemaakt van belangrijke toepassingen op gebieden zoals spectroscopie, nabij-veld en sensing optische microscopie, dankzij hun unieke vermogen om licht op nanoniveau te manipuleren.

Binnen de communicatie geïntegreerd in de chip, plasmonics maken de ontwikkeling mogelijk van ultracompacte en betaalbare apparaten (modulators, detectoren of bronnen) die kunnen functioneren bij zeer hoge werksnelheden met een laag energieverbruik. "De natuurlijke manier om deze apparaten in de optische chip met elkaar te verbinden, is door metalen nanogeleiders te gebruiken. licht door deze apparaten leiden leidt tot zeer hoge voortplantingsverliezen en brengt bepaalde beperkingen met zich mee met betrekking tot herconfigureerbaarheid, " legt Carlos García Meca uit, van de NTC en mede-co-auteur van de studie.

"Het gebruik van plasmonische nanoantennes is voorgesteld om de prestaties van geleide metalen verbindingen te vervangen en te verbeteren. maar deze antennes hebben een lage gerichtheid en hoge verliezen die hun gebruik in veel praktische toepassingen belemmeren. In dit werk, we hebben al deze beperkingen overwonnen door een nieuw diëlektrisch nanoantenne-ontwerp te introduceren dat fungeert als een efficiënte interface voor plasmonische systemen. Dit maakt het mogelijk om de voordelen van plasmonics te combineren met die van siliciumfotonica, wat kan leiden tot efficiëntere, snelle en herconfigureerbare chips, ", voegt García Meca toe.

Deze nieuwe doorbraak, ontwikkeld in de laboratoria van het Centrum voor Nanofotonische Technologie van de UPV, zou ook kunnen worden toegepast op gebieden zoals de biochemische of agrovoedingsindustrie, dankzij de rol die deze hybride systemen kunnen vervullen als sensoren met meerdere doeleinden, waardoor de interactie van licht met nanoscopische organische en anorganische structuren mogelijk is.