L’elaborazione, l’archiviazione e la comunicazione fotonica costituiscono la base per i futuri chip fotonici e le reti neurali completamente ottiche. I plasmoni su nanoscala, con la loro velocità di risposta ultraveloce e il volume ultrapiccolo, svolgono un ruolo importante nell'integrazione dei chip fotonici. Tuttavia, a causa delle limitazioni dei materiali e dei principi fondamentali di molti sistemi precedenti, sono spesso incompatibili con l'optoelettronica esistente e la loro stabilità e operabilità sono notevolmente compromesse.
Un recente rapporto pubblicato sulla National Science Review descrive la ricerca sulla modulazione ottica dinamica e reversibile dei plasmoni di superficie basata sul trasporto di portatori caldi. Questa ricerca combina la risposta ad alta velocità dei nanoplasmoni metallici con la modulazione optoelettronica dei semiconduttori.
Eccitando otticamente gli elettroni caldi, modula la densità di carica nell'oro e la conduttività dei nanogap, rendendo in definitiva la commutazione reversibile e ultraveloce delle risonanze plasmoniche. Pertanto, fornisce un importante prototipo per interruttori optoelettronici nei chip nanofotonici.
Questa ricerca è stata condotta dal gruppo di ricerca del professor Ding Tao dell'Università di Wuhan, in collaborazione con il professor Hongxing Xu, il professore associato Li Zhou e il professore di ricerca Ti Wang, nonché il professor Ququan Wang della Southern University of Science and Technology.
Il gruppo di ricerca ha prima preparato Au@Cu2-x Nanoparticelle core-shell S e caratterizzazione della loro microstruttura. I risultati sperimentali hanno mostrato che il metodo sol-gel può produrre Au@Cu2-x Nanoparticelle core-shell S con diversi spessori del guscio, che forniscono un vettore ideale per realizzare un controllo dinamico ultraveloce dei plasmoni su scala nanometrica. Au@Cu2-x Le nanoparticelle S su diversi substrati possono ottenere un controllo dinamico ultraveloce dei plasmoni.
Sotto irradiazione laser, il picco di risonanza plasmonica di Au@Cu2-x Nanoparticelle S su SiO2 Il substrato /Si mostra uno spostamento verso il rosso, mentre il picco di risonanza plasmonica di Au@Cu2-x Le nanoparticelle S sul substrato Au mostrano uno spostamento verso il blu. Quando il laser viene spento, i picchi di risonanza ritornano nelle posizioni iniziali. Tutti i processi di sintonizzazione optoelettronica hanno mostrato reversibilità, controllabilità e velocità di risposta relativamente elevate.
Gli spettri di assorbimento transitorio (TA) e i calcoli teorici indicano che l'eccitazione ottica dell'Au@Cu2-x La struttura composita plasmonica S può causare il trasferimento degli elettroni caldi in Au a Cu2-x S, portando ad una diminuzione della densità elettronica di Au e ad uno spostamento verso il rosso della risonanza plasmonica superficiale localizzata (LSPR).
Al contrario, quando Au@Cu2-x S è posto su un substrato di Au (struttura NPoM), gli elettroni caldi possono essere trasportati attraverso il Cu2-x S sul substrato di Au, aumentando la conduttività del nanogap e provocando uno spostamento verso il blu dei polaritoni plasmonici accoppiati. Questa strategia di controllo plasmonico basata sul trasporto di portatori caldi è particolarmente adatta per l'integrazione di dispositivi optoelettronici, fornendo prototipi di dispositivi per il calcolo fotonico e l'interconnessione.
Ulteriori informazioni: Jiacheng Yao et al, Sintonizzazione optoelettronica delle risonanze plasmoniche tramite elettroni caldi modulati otticamente, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad280
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