Lichtgolven gevangen op het oppervlak van een metaal reizen bijna net zo snel als licht door de lucht, en nieuw onderzoek van het Pacific Northwest National Laboratory toont deze golven aan, oppervlakteplasmonen genoemd, ver genoeg reizen om mogelijk nuttig te zijn voor ultrasnelle elektronische circuitverbindingen. Het PNNL-team veroverde, op video, oppervlakteplasmonen die minstens 250 micron over het oppervlak bewegen.

Omdat circuitverbindingen op basis van oppervlakteplasmonen veel sneller kunnen zijn dan huidige verbindingen, dit basisonderzoek zou kunnen leiden tot snellere computercircuits en aanzienlijke vooruitgang opleveren in de chemische, biologisch, en gezondheidsgebieden. Ook, de resultaten geven inzichten over deze gevangen lichtgolven aan de wetenschappelijke gemeenschappen. De studie bevestigt experimenteel de lineaire relatie tussen de ingangslichtgolven en de gegenereerde oppervlakteplasmonen. Het geeft ook aan dat de plasmonen een lange levensduur en een lage dissipatie hebben, cruciale fundamentele informatie die nodig is om de golven in circuits en andere toepassingen te gebruiken.

Wanneer een oppervlakteplasmon wordt gegenereerd op een metalen oppervlak, het kan worden waargenomen door laserlicht te gebruiken om elektronen uit te zenden. Door deze foto-elektronen te detecteren, met een speciaal instrument, een foto-emissie-elektronenmicroscoop (PEEM), de wetenschappers onderzochten de aard van oppervlakteplasmonen.

In hun experimenten, het team paste twee laserpulsen toe op het monster:de ene wordt de pomp genoemd, gebruikt om het oppervlakteplasmon te genereren; de andere heet de sonde, gebruikt om het plasmon te detecteren. De sondepuls treft het monster en detecteert het plasmon met verschillende tijdsvertragingen. Door de tijdvertraging tussen de pomp- en sondepulsen continu af te stemmen, het team volgde de beweging van het plasmon op het gouden oppervlak, vond dat de golf tot 250 micron op het metalen oppervlak reisde.

"De afstand is verrassend lang omdat plasmongolven zich niet voortplanten als een normale golf in de vrije ruimte, " zei dr. Yu Gong, een wetenschapper bij PNNL en de hoofdauteur van deze studie. "In ons geval, de plasmonen leggen onverwacht lange afstanden af ​​in metaalfilms."

Het team paste numerieke simulaties toe om hun experimentele resultaten verder te bevestigen.

Wat is het volgende? Nutsvoorzieningen, het team onderzoekt hoe de verspreiding van het oppervlakteplasmon kan worden gecontroleerd. Bijvoorbeeld, hoe efficiënt kan het oppervlakteplasmon worden gegenereerd? Hoe kan het geleid worden? Hoe kan het worden gestopt? De wetenschappers gebruiken de PEEM en andere bronnen, inclusief die in DOE's EMSL, om deze en andere vragen te beantwoorden. De resultaten zijn cruciaal om circuits die met lichtsnelheid werken te realiseren.