Le guide d'onda plasmoniche aprono la possibilità di sviluppare dispositivi ottici notevolmente miniaturizzati e forniscono un percorso promettente verso la prossima generazione di circuiti nanofotonici integrati per l'elaborazione delle informazioni, informatica ottica e altri. Gli elementi chiave dei circuiti nanofotonici sono i router plasmonici commutabili e i modulatori plasmonici.

Recentemente, Il Dr. Joachim Herrmann (MBI) ei suoi collaboratori esterni hanno sviluppato nuovi concetti per la realizzazione di tali nanodispositivi. Hanno studiato la propagazione dei polaritoni plasmonici di superficie (SPP) nelle guide d'onda magnetoplasmoniche. Sulla base dei risultati di questo studio, hanno proposto nuove varianti di router magneto-plasmonici commutabili e modulatori a disco magneto-plasmonici per varie funzionalità nanofotoniche. In una guida d'onda basata su un film metallico con uno spessore superiore alla profondità della pelle e circondato da un dielettrico ferromagnetico, un campo magnetico esterno nella direzione trasversale può indurre una significativa asimmetria spaziale della distribuzione modale dei polaritoni plasmonici di superficie (SPP). La sovrapposizione dei modi dispari e pari asimmetrici su una certa distanza porta ad una concentrazione dell'energia su un'interfaccia, che viene commutato sull'altra interfaccia mediante inversione del campo magnetico.

L'entità della magnetizzazione richiesta si riduce esponenzialmente all'aumentare dello spessore del film metallico. Sulla base di questo fenomeno, il gruppo ha proposto un nuovo tipo di router plasmonici commutabili a controllo magnetico integrati in guida d'onda. Una configurazione di tale nanodispositivo è mostrata in Fig. 1, costituito da una guida d'onda metallica a forma di T circondata da un dielettrico ferromagnetico sotto un campo magnetico esterno che induce una magnetizzazione M. In Fig. 2, i risultati numerici per la propagazione del plasmone risolvendo l'equazione di Maxwell mostrano la commutazione di canale mediante l'inversione del campo magnetico con un contrasto elevato del 99 percento all'interno della larghezza di banda ottica di decine di THz. Qui, g è la rotazione g=χM, è la suscettività magneto-ottica e g0 è una rotazione caratteristica richiesta per indurre una significativa asimmetria modale. L'inversione del campo magnetico mediante circuiti elettronici integrati può essere realizzata con una frequenza di ripetizione nella regione dei GHz. Si noti che fino ad ora, ci sono stati pochi articoli che riportano la realizzazione di router plasmonici commutabili basati su nanofili d'argento ramificati controllati dalla polarizzazione della luce in ingresso.

In un secondo documento, il gruppo ha proposto e studiato un nuovo tipo di modulatore plasmonico ultra-piccolo basato su una guida d'onda metallo-isolatore-metallo e un disco magneto-ottico accoppiato lateralmente controllato da un campo magnetico esterno (vedi Fig.3). La variazione del numero d'onda e la trasmissione dei polaritoni plasmonici di superficie (SPP) possono essere regolati alterando il campo magnetico. Viene dimostrata l'attivazione/disattivazione reversibile delle modalità SPP in esecuzione mediante un'inversione della direzione del campo magnetico esterno. Il potenziamento risonante della modulazione magneto-plasmonica di oltre 200 volte porta a un rapporto di contrasto di modulazione superiore al 90 percento, mantenendo una moderata perdita di inserzione entro una larghezza di banda ottica di centinaia di GHz. Le simulazioni numeriche mediante la soluzione delle equazioni di Maxwell confermano le previsioni delle formule analitiche derivate di una modulazione magnetoplasmonica ad alto contrasto. La Fig. 4 mostra la distribuzione delle componenti del campo magnetico degli SPP a una rotazione g=0,03 e g=-0,03, rispettivamente. Come si vede cambiando la direzione del campo magnetico esterno, la trasmissione degli SPP viene commutata da uno stato spento a uno stato acceso tramite il modello di interferenza modificato nella guida d'onda.