NUS-wetenschappers hebben een methode ontwikkeld voor gerichte excitatie van plasmonen op moleculaire lengteschaal met elektrisch aangedreven bronnen. Fotonische apparaten die gebruik maken van licht kunnen veel sneller informatie doorgeven dan nano-elektronische systemen. Echter, ze zijn meestal veel groter en moeilijk te integreren met nano-elektronicasystemen.

plasmonica, waarbij de studie van interacties tussen licht en geladen deeltjes zoals elektronen in metaal, heeft de potentie om de kloof tussen nano-elektronica en fotonica te overbruggen. Een belangrijk aspect is het hebben van excitatiebronnen die elektrische signalen direct kunnen omzetten in plasmonen om de mismatch in grootte tussen kleine nano-elektronische apparaten en grote fotonica-elementen te overwinnen, die wordt beperkt door de grote omvang van fotonen. Plasmonen kunnen worden gezien als beperkt licht, tot 100 keer kleiner dan fotonen, met afmetingen die compatibel zijn met nano-elektronica. Het zou ook zeer wenselijk zijn om de excitatierichting van de plasmonen te kunnen regelen, om ze naar andere componenten te sturen om de behoefte aan optische elementen te verminderen.

Een team onder leiding van prof.dr. Christian A. NIJHUIS van het departement Scheikunde, NUS, in samenwerking met Dr. Nikodem TOMCZAK van het Institute of Materials Research and Engineering, Agentschap voor Wetenschap, Technologie en Onderzoek (IMRE, A*STAR) heeft ontdekt dat de excitatierichting van oppervlakteplasmonpolaritonen (SPP's) in een moleculaire (dubbele-barrière) junctie kan worden gecontroleerd door de hellingshoek van de moleculen ten opzichte van het elektrode-oppervlak aan te passen. Deze SPP's zijn lichtgolven die functioneren als fotonische elementen, informatie met hoge snelheden vervoeren. De onderzoekers waren in staat om de plasmonen langs de tunnelrichting te exciteren zonder het gebruik van grote optische elementen die mogelijk complicaties kunnen veroorzaken bij het ontwerp en de fabricage van de apparaten.

De moleculaire junctie met dubbele barrière is gemaakt van monolagen van moleculen die uit twee segmenten bestaan, een sterk geleidende eenheid en een isolerend gedeelte. De moleculen zijn ingeklemd tussen twee metalen elektroden. De hellingshoek van het geleidende segment waarlangs elektronen efficiënt tunnelen, kan nauwkeurig worden geregeld door de lengte van het isolerende gedeelte te veranderen. In tegenstelling tot conventionele metaaloxidetunnelbarrières, de tunnelrichting in deze moleculaire dubbelbarrière-overgangen kan nauwkeurig worden gecontroleerd.

Prof Nijhuis zei:"Deze resultaten zijn interessant omdat onze plasmonbronnen niet diffractiebeperkt zijn en ze demonstreren de manipulatie van plasmonen op moleculaire lengteschaal zonder het gebruik van grote optische elementen, zoals antennes, of externe lichtbronnen."

Deze resultaten geven nieuwe inzichten in licht-materie interacties in tunneljuncties en zijn een belangrijke volgende stap om tunneljuncties te integreren met plasmonische golfgeleiders.