circuiti fotonici, che utilizzano la luce per trasmettere segnali, sono notevolmente più veloci dei circuiti elettronici. Sfortunatamente, sono anche più grandi. È difficile localizzare la luce visibile al di sotto del suo limite di diffrazione, circa 200-300 nanometri, e poiché i componenti dei semiconduttori elettronici si sono ridotti alla scala nanometrica, la limitazione delle dimensioni del circuito fotonico ha dato ai circuiti elettronici un vantaggio significativo, nonostante la discrepanza di velocità.

Ora i ricercatori dell'Università di Rochester hanno dimostrato un risultato chiave nel ridurre i dispositivi fotonici al di sotto del limite di diffrazione, un passo necessario sulla strada per rendere i circuiti fotonici competitivi con la tecnologia odierna. Gli scienziati hanno sviluppato un fotorilevatore su nanoscala che utilizza il materiale comune disolfuro di molibdeno per rilevare plasmoni ottici, oscillazioni di elettroni al di sotto del limite di diffrazione, e hanno dimostrato con successo che la luce può guidare una corrente utilizzando un nanofilo d'argento.

"I nostri dispositivi sono un passo verso la miniaturizzazione al di sotto del limite di diffrazione, " disse Kenneth Goodfellow, uno studente laureato nel laboratorio del gruppo di optoelettronica quantistica e metrologia ottica, L'Istituto di Ottica, Università di Rochester, New York. "È un passo verso l'uso della luce per guidare, o, almeno completare i circuiti elettronici per un trasferimento di informazioni più veloce."

Il team presenterà il proprio lavoro a Frontiers in Optics, L'incontro annuale e la conferenza della Optical Society a San Jose, California, STATI UNITI D'AMERICA, il 22 ottobre 2015.

Il dispositivo espande il lavoro precedente dimostrando che la luce potrebbe essere trasmessa lungo un nanofilo d'argento come un plasmone e riemessa all'altra estremità, che è stato ricoperto da scaglie atomicamente sottili di bisolfuro di molibdeno (MoS2). Quando riemesso, la luce corrispondeva al band gap di MoS2, piuttosto che esclusivamente alla lunghezza d'onda del laser, dimostrando che i plasmoni hanno effettivamente spinto gli elettroni in MoS2 in uno stato energetico diverso.

"La prossima idea naturale sarebbe quella di vedere se questo tipo di dispositivo sarebbe in grado di essere utilizzato come fotorilevatore, " ha detto Goodfellow.

Per fare questo, il gruppo ha trasferito un nanofilo d'argento rivestito ad un'estremità con MoS2 su un substrato di silicio e ha depositato contatti metallici su quella stessa estremità con litografia a fascio di elettroni. Hanno quindi collegato il dispositivo all'apparecchiatura per controllarne il bias, o fisso, tensione e per misurare la corrente che la attraversa.

Quando l'estremità scoperta del filo è stata esposta a un laser, l'energia è stata convertita in plasmoni, una forma di onda elettromagnetica che viaggia attraverso oscillazioni nella densità elettronica. Questa energia ha eccitato elettronicamente un elettrone una volta che ha raggiunto l'estremità ricoperta di bisolfuro di molibdeno, generando effettivamente una corrente.

Scansionando il filo bit per bit con un laser, un processo noto come scansione raster, i ricercatori sono stati in grado di misurare la corrente in ogni punto lungo il filo, trovando che era sensibile alla polarizzazione della luce in entrata ed era al suo massimo quando la luce era polarizzata parallelamente al filo. Hanno anche scoperto che il dispositivo era sensibile alla lunghezza d'onda di eccitazione del laser, e le prestazioni erano limitate a lunghezze d'onda più corte a causa della propagazione inefficace del plasmone e a lunghezze d'onda più lunghe a causa del gap di banda del disolfuro di molibdeno.

"I circuiti fotonici completi sono nel futuro, ma questo lavoro aiuta ad alimentare lo sforzo attuale, "Ha detto Goodfellow.

Il lavoro futuro per il gruppo include la riduzione della potenziale contaminazione nell'assemblaggio del dispositivo passando a un trasferimento completo a secco di fili e MoS2 su elettrodi prefabbricati, oltre a ottenere un migliore controllo del processo di doping MoS2 per aggiungere portatori di carica aggiuntivi e migliorare l'efficienza del dispositivo.