Le moderne telecomunicazioni avvengono a causa di elettroni veloci e fotoni veloci. Può andare meglio? La legge di Moore, il raddoppio della potenza di calcolo ogni 18 mesi circa, può essere sostenuta? La compattezza (componenti in scala nm) dell'elettronica può essere combinata con la velocità della fotonica?

Bene, uno di questi approcci ibridi è in fase di studio presso il Joint Quantum Institute, dove gli scienziati riuniscono tre meravigliosi campi di ricerca della fisica:microfluidica, punti quantici, e plasmonica per sondare e studiare nanostrutture ottiche con precisione spaziale fino a 12 nm.

PLASMONICA

Quando la luce colpisce una striscia di metallo, un'onda di elettroni può essere eccitata in superficie. Questo "plasmone di superficie" è un po' di luce o elettricità. Bene, è un po' entrambe le cose. La lunghezza d'onda di questa onda elettromagnetica è più corta e la densità di energia superiore a quella della luce laser in arrivo; il plasmone è quindi una luce strettamente localizzata costretta a propagarsi lungo la superficie del pasto. La scienza della "plasmonica" è nata per capitalizzare su varie immagini, rilevamento, e capacità di elaborazione inerenti ai plasmoni. Iniziare con, anche se, bisogna sapere esattamente cosa succede su quella superficie metallica eccitata dal laser. Quella luce viene convertita nell'onda plasmonica; in seguito l'energia può essere riconvertita in luce.

È qui che entra in gioco l'esperimento JQI. Il risultato principale del lavoro, pubblicato il 5 febbraio sulla rivista Comunicazioni sulla natura , è fornire una mappa che mostri come il nastro metallico, in questo caso un filo d'argento lungo 4 micron e largo 100 nm, luci accese.

MICROFLUIDICA E QUANTUM DOTS

Gli altri due componenti principali dell'esperimento, oltre alla plasmonica, sono microfluidica e punti quantici. Microfluidica, una scienza relativamente nuova da sola, caratterizza il movimento di volumi di fluidi in nanolitri attraverso canali definiti su microchip, analogo ai percorsi conduttori infilati tra i microprocessori per il trasporto di correnti elettriche. punti quantici, sfere a semiconduttore di dimensioni nanometriche, sono adattati per possedere un insieme specificato di stati energetici consentiti; in effetti i punti sono atomi artificiali che possono essere spostati. Nell'esperimento JQI i punti larghi 10 nm (l'importante strato di seleniuro di cadmio ha uno spessore di soli 3 nm) galleggiano in un fluido il cui flusso può essere controllato variando una tensione applicata. I punti sono disegnati vicino al nanofilo come se fossero mine accanto a un sottomarino.

In effetti il ​​puntino è lì proprio per eccitare il filo. Il punto è una macchina a fluorescenza, in senso lato una lampadina nanoscopica. Colpendolo con luce laser verde, riemette rapidamente luce rossa (un fotone alla volta), ed è questa radiazione che eccita le onde nel filo vicino, che si comporta come un'antenna. Ma l'interazione è una strada a doppio senso; le emissioni del punto varieranno a seconda di dove si trova lungo la lunghezza del filo; l'estremità del filo (come qualsiasi parafulmine appuntito su un fienile) è dove i campi elettrici sono più alti e questo attira la maggior parte delle emissioni dal punto.

Una telecamera CCD cattura la luce proveniente dai punti e dal filo. Le qualità della fotocamera, le proprietà ottiche del punto, l'attento posizionamento del punto, e la forma e la purezza del nanofilo si combinano per fornire un'immagine dell'intensità del campo elettrico del nanofilo con una precisione di 12 nm. La mappa dell'intensità mostra che la luce rossa in ingresso dal punto quantico (lunghezza d'onda di 620 nm) è stata effettivamente trasformata in una lunghezza d'onda plasmonica di 320 nm.

Chad Ropp è uno studente laureato che lavora al progetto e l'autore principale del documento. "Le mappe plasmoniche sono state risolte in precedenza, ma le interazioni quantomeccaniche con un singolo emettitore no, e non con questo grado di precisione, " ha detto Ropp.

POSSIBILI APPLICAZIONI

In un dispositivo reale, il punto quantico potrebbe essere sostituito da una bioparticella che potrebbe essere identificata attraverso l'effetto osservato del nanofilo sulle emissioni di particelle. Oppure il duo dot-wire potrebbe essere combinato in varie configurazioni come equivalenti plasmonici di componenti di circuiti elettronici. Altri usi per questo tipo di configurazione dei nanocavi potrebbero sfruttare l'elevata densità di energia nello stato plasmonico per supportare effetti non lineari. Ciò potrebbe consentire alla combinazione di nanofili e punti di funzionare come un transistor ottico.