Strutture metalliche estremamente piccole appositamente progettate possono intrappolare la luce. Una volta intrappolato, la luce diventa un'onda confinata nota come plasmone di superficie. I plasmoni si propagano dalla sorgente in luoghi a diverse centinaia di micron di distanza, quasi veloce come la luce attraverso l'aria. Credito:American Chemical Society
Le onde luminose intrappolate sulla superficie di un metallo viaggiano veloci quasi quanto la luce nell'aria, e una nuova ricerca presso il Pacific Northwest National Laboratory mostra queste onde, chiamati plasmoni di superficie, viaggiare abbastanza lontano da essere eventualmente utile per interconnessioni di circuiti elettronici ultraveloci. Il team PNNL ha catturato, in video, plasmoni di superficie che si muovono di almeno 250 micron attraverso la superficie.
Poiché le interconnessioni circuitali basate su plasmoni di superficie potrebbero essere molto più veloci delle interconnessioni attuali, questa ricerca di base potrebbe portare a circuiti informatici più veloci e fornire progressi significativi nella chimica, biologico, e campi della salute. Anche, i risultati forniscono alle comunità scientifiche informazioni su queste onde luminose intrappolate. Lo studio conferma sperimentalmente la relazione lineare tra le onde luminose in ingresso e i plasmoni di superficie generati. Indica anche che i plasmoni hanno una lunga vita e una bassa dissipazione, informazioni fondamentali fondamentali necessarie per utilizzare le onde nei circuiti e in altre applicazioni.
Quando un plasmone di superficie viene generato su una superficie metallica, può essere osservato utilizzando la luce laser per emettere elettroni. Rilevando questi fotoelettroni, con uno strumento speciale chiamato microscopio elettronico a fotoemissione (PEEM), gli scienziati hanno esplorato la natura dei plasmoni di superficie.
Nei loro esperimenti, il team ha applicato due impulsi laser al campione:uno è chiamato pompa, utilizzato per generare il plasmone di superficie; l'altro si chiama sonda, utilizzato per rilevare il plasmone. L'impulso della sonda colpisce il campione e rileva il plasmone a diversi ritardi di tempo. Regolando continuamente il ritardo tra gli impulsi della pompa e della sonda, il team ha monitorato il movimento del plasmone sulla superficie dell'oro, scoprendo che l'onda ha viaggiato fino a 250 micron sulla superficie metallica.
Questa immagine, ripreso con un microscopio elettronico a fotoemissione, mostra la pompa e l'impulso della sonda spazialmente separati. Credito:American Chemical Society
"La distanza è sorprendentemente lunga perché le onde plasmoniche non si propagano come una normale onda nello spazio libero, " ha detto il dottor Yu Gong, uno scienziato al PNNL e l'autore principale di questo studio. "Nel nostro caso, i plasmoni percorrono inaspettatamente lunghe distanze nelle pellicole metalliche."
Il team ha applicato simulazioni numeriche per confermare ulteriormente i risultati sperimentali.
Qual è il prossimo? Ora, il team sta esplorando come controllare la propagazione del plasmone di superficie. Per esempio, con che efficienza può essere generato il plasmone di superficie? Come può essere guidato? Come può essere fermato? Gli scienziati stanno usando il PEEM e altre risorse, compresi quelli nell'EMSL del DOE, per rispondere a queste e ad altre domande. I risultati sono cruciali per realizzare circuiti che funzionano alla velocità della luce.
