Moderne telecommunicatie gebeurt vanwege snelle elektronen en snelle fotonen. Kan het beter? Kan de wet van Moore - de verdubbeling van de rekenkracht om de 18 maanden of zo - worden volgehouden? Is de compactheid (nm-schaal componenten) van elektronica te combineren met de snelheid van fotonica?

We zullen, een dergelijke hybride benadering wordt onderzocht in het Joint Quantum Institute, waar wetenschappers drie prachtige natuurkundige onderzoeksgebieden samenbrengen:microfluïdica, kwantum stippen, en plasmonica om optische nanostructuren te onderzoeken en te bestuderen met een ruimtelijke nauwkeurigheid tot 12 nm.

PLASMONICA

Wanneer licht op een strook metaal valt, kan een elektronengolf in het oppervlak worden geëxciteerd. Is dit "oppervlakteplasmon" een beetje licht of elektriciteit. We zullen, het is een beetje van beide. De golflengte van deze elektromagnetische golf is korter en de energiedichtheid hoger dan die van het inkomende laserlicht; het plasmon is dus strak gelokaliseerd licht dat wordt beperkt om zich langs het maaltijdoppervlak voort te planten. De wetenschap van "plasmonica" is ontstaan ​​om te profiteren van verschillende beeldvormende, voelen, en verwerkingscapaciteiten die inherent zijn aan plasmonen. Om te beginnen met, Hoewel, je moet precies weten wat er gebeurt op dat laser-opgewonden metalen oppervlak. Dat licht wordt omgezet in de plasmonische golf; later kan de energie weer worden omgezet in licht.

Hier komt het JQI-experiment om de hoek kijken. Het belangrijkste resultaat van het werk, gepubliceerd op 5 februari in het tijdschrift Natuurcommunicatie , is om een ​​kaart te geven die laat zien hoe de metalen strip, in dit geval een zilverdraad van 4 micron lang en 100 nm breed, licht op.

MICROFLUIDICA EN QUANTUM DOTS

De andere twee hoofdcomponenten van het experiment, naast plasmonica, zijn microfluïdica en kwantumdots. Microfluïdica, op zichzelf een relatief nieuwe wetenschap, kenmerkt de beweging van nanolitervolumes van vloeistoffen door kanalen die zijn gedefinieerd op microchips, analoog aan de geleidende paden die over microprocessors zijn gespannen voor het dragen van elektrische stromen. Kwantumstippen, halfgeleiderballen ter grootte van nanometers, zijn aangepast om een ​​gespecificeerde set van toegestane energietoestanden te bezitten; in feite zijn de stippen kunstmatige atomen die kunnen worden verplaatst. In het JQI-experiment drijven de 10 nm brede stippen (de belangrijke cadmium-selenidelaag is slechts 3 nm dik) in een vloeistof waarvan de stroom kan worden geregeld door een aangelegde spanning te variëren. De stippen zijn dicht bij de nanodraad getekend alsof het mijnen zijn naast een onderzeeër.

Inderdaad, de stip is er juist om de draad te prikkelen. De stip is een fluorescentiemachine - in losse zin een nanoscopische gloeilamp. Het slaan met groen laserlicht, het zendt snel opnieuw rood licht uit (één foton per keer), en het is deze straling die golven opwekt in de nabijgelegen draad, die werkt als een antenne. Maar de interactie is tweerichtingsverkeer; de emissie van de stip zal variëren afhankelijk van waar langs de lengte van de draad het is; het uiteinde van de draad (zoals elke puntige bliksemafleider op een schuur) is waar de elektrische velden het hoogst zijn en dit trekt de meeste emissie van de stip aan.

Een CCD-camera vangt het licht op dat van de stippen en van de draad komt. De camerakwaliteiten, de optische eigenschappen van de punt, de zorgvuldige positionering van de stip, en de vorm en zuiverheid van de nanodraad vormen samen een beeld van de elektrische veldintensiteit van de nanodraad met een nauwkeurigheid van 12 nm. De intensiteitskaart laat zien dat het input rode licht van de quantum dot (golflengte van 620 nm) effectief is getransformeerd in een plasmonische golflengte van 320 nm.

Chad Ropp is een afgestudeerde student die aan het project werkt en de hoofdauteur van het papier. "Plasmonische kaarten zijn al eerder opgelost, maar de kwantummechanische interacties met een enkele emitter niet, en niet met deze mate van nauwkeurigheid, ' zei Roep.

MOGELIJKE TOEPASSINGEN

In een echt apparaat, de quantum dot kan worden vervangen door een biodeeltje dat kan worden geïdentificeerd door het waargenomen effect van de nanodraad op de emissies van deeltjes. Of het dot-wire duo kan in verschillende configuraties worden gecombineerd als plasmonische equivalenten van elektronische circuitcomponenten. Andere toepassingen voor dit soort nanodraadopstelling zouden de hoge energiedichtheid in de plasmonische toestand kunnen benutten om niet-lineaire effecten te ondersteunen. Hierdoor zou de nanodraad-dot-combinatie kunnen werken als een optische transistor.