Een onderzoeksteam van de National University of Singapore heeft onlangs een nieuwe "converter" uitgevonden die de snelheid en kleine omvang van plasmonen kan benutten voor hoogfrequente gegevensverwerking en transmissie in nano-elektronica.

Vooruitgang in nano-elektronica, dat is het gebruik van nanotechnologie in elektronische componenten, is aangewakkerd door de steeds groter wordende behoefte om de omvang van elektronische apparaten te verkleinen om kleinere, snellere en slimmere gadgets zoals computers, geheugen opslag apparaten, displays en medische diagnostische hulpmiddelen.

Terwijl de meeste geavanceerde elektronische apparaten worden aangedreven door fotonica - waarbij fotonen worden gebruikt om informatie over te dragen - zijn fotonische elementen meestal groot van formaat en dit beperkt hun gebruik in veel geavanceerde nano-elektronicasystemen enorm.

plasmonen, dat zijn elektronengolven die langs het oppervlak van een metaal bewegen nadat het is geraakt door fotonen, belooft veel voor disruptieve technologieën in nano-elektronica. Ze zijn qua snelheid vergelijkbaar met fotonen (ze reizen ook met de snelheid van het licht), en ze zijn veel kleiner. Deze unieke eigenschap van plasmonen maakt ze ideaal voor integratie met nano-elektronica. Echter, eerdere pogingen om plasmonen te gebruiken als informatiedragers hadden weinig succes.

Om deze technologische kloof aan te pakken, een onderzoeksteam van de National University of Singapore (NUS) heeft onlangs een nieuwe "converter" uitgevonden die de snelheid en kleine omvang van plasmonen kan benutten voor hoogfrequente gegevensverwerking en transmissie in nano-elektronica.

"Deze innovatieve transducer kan elektrische signalen direct omzetten in plasmonische signalen, en vice versa, in een enkele stap. Door plasmonica en elektronica op nanoschaal te overbruggen, we kunnen chips mogelijk sneller laten werken en vermogensverliezen verminderen. Onze plasmonisch-elektronische transducer is ongeveer 10, 000 keer kleiner dan optische elementen. Wij zijn van mening dat het gemakkelijk kan worden geïntegreerd in bestaande technologieën en mogelijk in de toekomst in een breed scala aan toepassingen kan worden gebruikt, " verklaarde universitair hoofddocent Christian Nijhuis van de afdeling Scheikunde van de NUS-faculteit Bètawetenschappen, wie is de leider van het onderzoeksteam achter deze doorbraak.

Deze nieuwe ontdekking werd voor het eerst gerapporteerd in het tijdschrift Natuurfotonica op 29 september 2017.

Van elektriciteit naar plasmonen in één stap

Bij de meeste technieken in de plasmonica, plasmonen worden in twee stappen geëxciteerd - elektronen worden gebruikt om licht te genereren, die op zijn beurt wordt gebruikt om plasmonen te exciteren. Om elektrische signalen om te zetten in plasmonische signalen, en vice versa, in één enkele stap, het NUS-team gebruikte een proces genaamd tunneling, waarbij elektronen van de ene elektrode naar de andere elektrode gaan, en door dit te doen, plasmonen opwekken.

"Het proces in twee stappen is tijdrovend en inefficiënt. Onze technologie onderscheidt zich doordat we een totaaloplossing bieden voor de omzetting van elektrische signalen naar plasmonische signalen. Dit kan worden bereikt zonder een lichtbron, waarvoor meerdere stappen en grote optische elementen nodig zijn, integratie met nano-elektronica bemoeilijkt. Op basis van onze laboratoriumexperimenten, de omzetting van elektron naar plasmon heeft een efficiëntie van meer dan 10 procent, meer dan 1, 000 keer hoger dan eerder gemeld, " voegde Assoc prof. Nijhuis toe, die ook van het NUS Center for Advanced 2-D Materials en het NUS Nanoscience and Nanotechnology Institute is.

Dit baanbrekende werk werd uitgevoerd in samenwerking met Dr. Chu Hong Son van het Institute of High Performance Computing onder het Agency for Science, Technologie en onderzoek.

De onderzoekers zijn van plan verdere studies uit te voeren om het apparaat te verkleinen, zodat het op veel hogere frequenties kan werken. Het team werkt ook aan de integratie van de transducers met efficiëntere plasmonische golfgeleiders voor betere prestaties.