На пути к более эффективным чипам

Более эффективные чипы, основанные на плазмонике, стали на шаг ближе к реальности посредством повышения эффективности управления направленного возбуждения плазмонов в золотой решетке.

С помощью зонда сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), исследователи из A*STAR и их сотрудники создали электромагнитные волны, известные как поверхностные плазмонные поляритоны, в золотой решетке и показали, что направлением движения этих волн можно управлять.

Эта демонстрация является шагом в направлении разработки плазмонных чипов, называемый так, потому что для передачи и обработки данных они вместо электронов используют плазмоны – коллективные возбуждения электронов в проводнике. Такие чипы обещают быть гораздо быстрее и потенциально более энергоэффективными, чем имеющиеся электронные микросхемы.

Джоэл Ян (Joel Yang) и Джаоган Дон (Zhaogang Dong) из Института исследований материалов и техники A*STAR вместе с коллегами из Института высокопроизводительных вычислений A*STAR и из других институтов в Сингапуре, исследовали управление направлением движения плазмонов в золотой решетке как теоретически, так и экспериментально.

В экспериментах они перемещали зонд СТМ относительно края золотой решетки и наблюдали генерируемый свет с помощью инвертированного микроскопа (см. рисунок). «Зонд СТМ действует как точечный источник поверхностных плазмонов, - объяснил Ян. - При размещении на металлической пленке электроны, которые туннелируются через зазор, могут возбуждать плазмоны, хотя неэффективно».

Ян уподобляет возбуждение плазмонов в решетках падению гальки в бассейн с плавательными дорожками, разграниченными леерами. «Интересно то, что в зависимости от того, насколько далеко мы бросаем камешек от леера для каждой дорожки, мы можем получить волны, которые преимущественно двигаются от леера и даже поперек дорожки. Регулируя положение в очень малых пределах, – в нашем случае это около 100 нанометров – мы можем получать волны, распространяющихся в противоположном направлении, а именно к лееру и за него».

Это управление направлением осуществляется за счет отраженного от края решетки поверхностного плазмонного поляритона, который интерферирует с другим на зонде СТМ. Моделируя этот процесс на компьютере, исследователи обнаружили хорошее совпадение с экспериментальными результатами.

Результат обеспечивает точечные источники поверхностных плазмонных поляритонов. Это может оказаться полезным для разработки способов замены проводов между чипами оптическими разъемами, что значительно ускорит связь чип-чип в интегральных схемах, основанных на плазмонике.

Исследователи намерены изучить оптические характеристики источника плазмонов, когда электрически возбужденные плазмоны объединяются в плазмонные волноводы, открывая путь к плазмонным аналогам электронных компонентов. «Потенциально, мы надеемся сконструировать логические вентили, которые являются фундаментом всех схем обработки, основанные на электрически управляемых плазмонах», - сказал Дон.

Экспериментальная установка, используемая для исследования направленных возбуждений поверхностных плазмонных поляритонов в одномерной золотой решетке. Зонд СТМ используется для возбуждения плазмонных поляритонов и испускаемый свет анализируется инвертированным оптическим микроскопом