(a) Ceci est une image optique du dispositif microfluidique à canaux croisés. Le flux dans la région de contrôle centrale (cercle en pointillés) est manipulé en deux dimensions par 4 électrodes externes (non représentées). La barre d'échelle est de 500 m. (b) Ceci est un schéma de la technique de positionnement et d'imagerie. Un seul QD est entraîné le long d'une trajectoire proche du fil par contrôle de flux. L'encart montre une image au microscope d'un nanofil typique avec une barre d'échelle de 1 um. Crédit :JQI
Les télécommunications modernes se produisent à cause des électrons rapides et des photons rapides. Est-ce que ça peut aller mieux ? La loi de Moore – le doublement de la puissance de calcul tous les 18 mois environ – peut-elle être maintenue ? La compacité (composants à l'échelle nm) de l'électronique peut-elle être combinée avec la vitesse de la photonique ?
Bien, l'une de ces approches hybrides est à l'étude au Joint Quantum Institute, où les scientifiques réunissent trois merveilleux domaines de recherche en physique :la microfluidique, points quantiques, et la plasmonique pour sonder et étudier les nanostructures optiques avec une précision spatiale aussi fine que 12 nm.
PLASMONIQUE
Lorsque la lumière frappe une bande de métal, une onde électronique peut être excitée à la surface. Est-ce que ce "plasmon de surface" est un peu de lumière ou d'électricité. Bien, c'est un peu des deux. La longueur d'onde de cette onde électromagnétique est plus courte et la densité d'énergie supérieure à celle de la lumière laser entrante; le plasmon est ainsi une lumière étroitement localisée contrainte à se propager le long de la surface du repas. La science de la « plasmonique » est née pour capitaliser sur diverses imageries, sentir, et les capacités de traitement inhérentes aux plasmons. Commencer avec, bien que, il faut savoir exactement ce qui se passe sur cette surface métallique excitée par laser. Cette lumière est convertie en onde plasmonique; plus tard, l'énergie peut être reconvertie en lumière.
C'est ici qu'intervient l'expérience JQI. Le résultat principal du travail, publié le 5 février dans la revue Communication Nature , est de fournir une carte montrant comment la bande métallique, dans ce cas un fil d'argent de 4 microns de long et 100 nm de large, se allume.
MICROFLUIDIQUE ET POINTS QUANTIQUES
Les deux autres composantes principales de l'expérience, en plus de la plasmonique, sont la microfluidique et les points quantiques. Microfluidique, une science relativement nouvelle à elle seule, présente le mouvement de volumes de nanolitres de fluides à travers des canaux définis sur des micropuces, analogue aux chemins conducteurs enfilés à travers des microprocesseurs pour transporter des courants électriques. Points quantiques, billes semi-conductrices de taille nanométrique, sont adaptés pour posséder un ensemble spécifié d'états d'énergie autorisés ; en effet, les points sont des atomes artificiels qui peuvent être déplacés. Dans l'expérience JQI, les points de 10 nm de large (l'importante couche de séléniure de cadmium n'a que 3 nm d'épaisseur) flottent dans un fluide dont le débit peut être contrôlé en faisant varier une tension appliquée. Les points sont tracés près du nanofil comme s'il s'agissait de mines à côté d'un sous-marin.
En effet le point est là justement pour exciter le fil. Le point est une machine à fluorescence - au sens large une ampoule nanoscopique. En le frappant avec une lumière laser verte, il réémet rapidement de la lumière rouge (un photon à la fois), et c'est ce rayonnement qui excite des ondes dans le fil voisin, qui agit comme une antenne. Mais l'interaction est une rue à double sens; les émissions du point varieront selon l'endroit où il se trouve sur la longueur du fil ; l'extrémité du fil (comme tout paratonnerre pointu sur une grange) est l'endroit où les champs électriques sont les plus élevés et cela attire le plus d'émissions du point.
Une caméra CCD capte la lumière provenant des points et du fil. Les qualités de la caméra, les propriétés optiques du point, le positionnement soigné du point, et la forme et la pureté du nanofil se combinent pour fournir une image de l'intensité du champ électrique du nanofil avec une précision de 12 nm. La carte d'intensité montre que la lumière rouge d'entrée de la boîte quantique (longueur d'onde de 620 nm) a effectivement été transformée en une longueur d'onde plasmonique de 320 nm.
Chad Ropp est un étudiant diplômé qui travaille sur le projet et l'auteur principal de l'article. "Les cartes plasmoniques ont déjà été résolues, mais les interactions de la mécanique quantique avec un seul émetteur n'ont pas, et pas avec ce degré de précision, " dit Ropp.
APPLICATIONS POSSIBLES
Dans un appareil réel, la boîte quantique pourrait être remplacée par une bioparticule qui pourrait être identifiée grâce à l'effet observé du nanofil sur les émissions de particules. Ou le duo dot-wire pourrait être combiné dans diverses configurations en tant qu'équivalents plasmoniques de composants de circuits électroniques. D'autres utilisations de ce type de configuration de nanofils pourraient exploiter la densité d'énergie élevée à l'état plasmonique pour prendre en charge les effets non linéaires. Cela pourrait permettre à la combinaison nanofil-point de fonctionner comme un transistor optique.
