In een doorbraak voor toekomstige optisch-elektronische hybride computers, wetenschappers van EPFL hebben een ultrasnelle techniek ontwikkeld die licht en elektronen kan volgen terwijl ze door een nanogestructureerd oppervlak reizen.

Wanneer licht zich aan elektronen op een oppervlak koppelt, hun gezamenlijke beweging kan reizen als een golf geleid door de oppervlaktegeometrie zelf. Deze golven staan ​​bekend als "surface plasmons" en kunnen nuttig zijn in telecommunicatie en toekomstige computers, waar gegevens over processors worden vervoerd met behulp van licht in plaats van elektriciteit. Behalve energiezuiniger, deze processors kunnen worden geminiaturiseerd tot op nanoschaal om sensoren met een hoge resolutie en signaalverwerkingssystemen op nanoschaal te bouwen. Maar deze processors zouden worden gebouwd door verschillende lagen geavanceerde materialen op elkaar te stapelen en, tot dusver, we hebben geen betrouwbare manier om het geleide licht te volgen terwijl het over hun interfaces beweegt. EPFL-wetenschappers hebben nu precies dat gedaan met behulp van een nieuwe, ultrasnelle methode. De doorbraak wordt vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Het lab van Fabrizio Carbone bij EPFL leidde het project om een ​​kleine antenne-array te maken waarmee plasmonen over een interface kunnen reizen. De array bestond uit een extreem dun membraan van siliciumnitride (50 nm dik) bedekt met een nog dunnere zilverfilm (30 nm dik). De wetenschappers "ponsen" vervolgens een reeks nano-gaten door het oppervlak die als antennes zouden fungeren - de plasmon-"hotspots".

De onderzoekers vuurden vervolgens ultrasnelle laserpulsen (licht) af op de array om de antennes te verlichten. Met een gecontroleerde tijdelijke vertraging, ultrakorte elektronenpulsen werden vervolgens afgevuurd over de meerlaagse stapel, om de plasmonen in kaart te brengen die door de antennes worden uitgestraald op het grensvlak tussen de zilverfilm en het siliciumnitridemembraan. Met behulp van een ultrasnelle techniek genaamd PINEM, die oppervlakteplasmonen kan "zien", zelfs als ze gebonden zijn aan een begraven interface, de wetenschappers waren in staat om de voortplanting van het geleide licht daadwerkelijk te filmen en het ruimtelijke profiel ervan over de film te lezen.

"Proberen om plasmonen te zien in deze interfaces tussen lagen is een beetje alsof je mensen in een huis van buitenaf probeert te filmen, " legt Fabrizio Carbone uit. "Een gewone camera laat je niets zien; maar als u een magnetron of een vergelijkbare energie-tracking-beeldvorming gebruikt, je kunt door de muren heen kijken."

Het huidige artikel maakt de weg vrij voor het ontwerpen en beheersen van besloten plasmonische velden in meerlagige structuren, wat de sleutel is voor toekomstige opto-elektronische apparaten.