Fotonische circuits, die licht gebruiken om signalen door te geven, zijn duidelijk sneller dan elektronische schakelingen. Helaas, ze zijn ook groter. Het is moeilijk om zichtbaar licht onder de diffractielimiet te lokaliseren, ongeveer 200-300 nanometer, en omdat componenten in elektronische halfgeleiders zijn gekrompen tot op nanometerschaal, de beperking van de fotonische circuitgrootte heeft elektronische circuits een aanzienlijk voordeel gegeven, ondanks het snelheidsverschil.

Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Rochester een belangrijke prestatie aangetoond in het verkleinen van fotonische apparaten onder de diffractielimiet - een noodzakelijke stap op weg om fotonische circuits concurrerend te maken met de huidige technologie. De wetenschappers ontwikkelden een fotodetector op nanoschaal die het gewone materiaal molybdeendisulfide gebruikt om optische plasmonen te detecteren - reizende oscillaties van elektronen onder de diffractielimiet - en toonden met succes aan dat licht een stroom kan aansturen met behulp van een zilveren nanodraad.

"Onze apparaten zijn een stap in de richting van miniaturisatie onder de diffractielimiet, " zei Kenneth Goodfellow, een afgestudeerde student in het laboratorium van de Quantum Optoelectronics and Optical Metrology Group, Het Instituut voor Optica, Universiteit van Rochester, New York. "Het is een stap in de richting van het gebruik van licht om te rijden, of, ten minste een aanvulling op elektronische schakelingen voor snellere informatieoverdracht."

Het team zal hun werk presenteren op de Frontiers in Optics, De jaarlijkse bijeenkomst en conferentie van de Optical Society in San Jose, Californië, VS, op 22 oktober 2015.

Het apparaat bouwt voort op eerder werk dat aantoont dat licht als een plasmon langs een zilveren nanodraad kan worden doorgelaten en aan het andere uiteinde opnieuw kan worden uitgezonden. die was bedekt met atomair dunne vlokken molybdeendisulfide (MoS2). Wanneer opnieuw uitgezonden, het licht kwam overeen met de band gap van MoS2, in plaats van alleen op de golflengte van de laser, wat aantoont dat de plasmonen de elektronen in MoS2 effectief in een andere energietoestand duwden.

"Het natuurlijke volgende idee zou zijn om te zien of dit type apparaat als fotodetector kan worden gebruikt, ' zei Goodfellow.

Om dit te doen, de groep bracht een zilveren nanodraad aan één uiteinde met MoS2 over op een siliciumsubstraat en zette metalen contacten op datzelfde uiteinde af met elektronenstraallithografie. Vervolgens hebben ze het apparaat aangesloten op apparatuur om de bias te controleren, of vast, spanning en om de stroom die er doorheen loopt te meten.

Toen het onbedekte uiteinde van de draad werd blootgesteld aan een laser, de energie werd omgezet in plasmonen, een vorm van elektromagnetische golf die door oscillaties in elektronendichtheid reist. Deze energie prikkelde elektronisch een elektron zodra het het met molybdeendisulfide bedekte uiteinde bereikte, effectief een stroom opwekken.

Door de draad beetje bij beetje te scannen met een laser - een proces dat bekend staat als rasterscanning - konden de onderzoekers de stroom meten op elk punt langs de draad, vond dat het gevoelig was voor de polarisatie van het binnenkomende licht en het sterkst was wanneer het licht evenwijdig aan de draad werd gepolariseerd. Ze ontdekten ook dat het apparaat gevoelig was voor de excitatiegolflengte van de laser, en de prestatie was beperkt bij kortere golflengten vanwege ineffectieve plasmonvoortplanting en bij langere golflengten vanwege de bandafstand van molybdeendisulfide.

"Volledige fotonische circuits zijn in de toekomst, maar dit werk helpt om de huidige inspanning te voeden, ' zei Goodfellow.

Toekomstig werk voor de groep omvat het verminderen van potentiële besmetting in de assemblage van het apparaat door over te stappen op een volledige droge overdracht van draden en MoS2 op geprefabriceerde elektroden, evenals het verkrijgen van een betere controle over het MoS2-dopingproces om extra ladingdragers toe te voegen en de efficiëntie van het apparaat te verbeteren.