Des structures métalliques extrêmement petites spécialement conçues peuvent piéger la lumière. Une fois piégé, la lumière devient une onde confinée connue sous le nom de plasmon de surface. Les plasmons se propagent de la source à des emplacements distants de plusieurs centaines de microns, presque aussi rapide que la lumière dans l'air. Crédit :Société chimique américaine
Les ondes lumineuses piégées sur la surface d'un métal voyagent presque aussi vite que la lumière dans l'air, et de nouvelles recherches au Pacific Northwest National Laboratory montrent ces vagues, appelés plasmons de surface, voyager suffisamment loin pour éventuellement être utile pour des interconnexions de circuits électroniques ultra-rapides. L'équipe du PNNL a capturé, En vidéo, plasmons de surface se déplaçant d'au moins 250 microns à travers la surface.
Parce que les interconnexions de circuits basées sur des plasmons de surface pourraient être beaucoup plus rapides que les interconnexions actuelles, cette recherche fondamentale pourrait conduire à des circuits informatiques plus rapides et fournir des avancées significatives dans la chimie, biologique, et les domaines de la santé. Aussi, les résultats donnent des informations sur ces ondes lumineuses piégées aux communautés scientifiques. L'étude confirme expérimentalement la relation linéaire entre les ondes lumineuses d'entrée et les plasmons de surface générés. Cela indique également que les plasmons ont une longue durée de vie et une faible dissipation, informations fondamentales critiques nécessaires pour utiliser les ondes dans les circuits et autres applications.
Lorsqu'un plasmon de surface est généré sur une surface métallique, il peut être observé en utilisant la lumière laser pour émettre des électrons. En détectant ces photo-électrons, avec un instrument spécial appelé microscope électronique à photoémission (PEEM), les scientifiques ont exploré la nature des plasmons de surface.
Dans leurs expériences, l'équipe a appliqué deux impulsions laser à l'échantillon :l'une s'appelle la pompe, utilisé pour générer le plasmon de surface; l'autre s'appelle la sonde, utilisé pour détecter le plasmon. L'impulsion de la sonde frappe l'échantillon et détecte le plasmon à différents délais. En réglant en continu le délai entre les impulsions de la pompe et de la sonde, l'équipe a surveillé le mouvement du plasmon sur la surface de l'or, constatant que l'onde voyageait jusqu'à 250 microns sur la surface métallique.
Cette image, prise au microscope électronique à photoémission, montre l'impulsion de pompe et de sonde séparée dans l'espace. Crédit :Société chimique américaine
"La distance est étonnamment longue parce que les ondes plasmoniques ne se propagent pas comme une onde spatiale libre normale, " a déclaré le Dr Yu Gong, un scientifique du PNNL et l'auteur principal de cette étude. "Dans notre cas, les plasmons parcourent des distances étonnamment longues dans des films métalliques."
L'équipe a appliqué des simulations numériques pour confirmer davantage leurs résultats expérimentaux.
Et après? Maintenant, l'équipe explore comment contrôler la propagation du plasmon de surface. Par exemple, avec quelle efficacité le plasmon de surface peut-il être généré ? Comment peut-il être guidé ? Comment peut on l'arrêter? Les scientifiques utilisent le PEEM et d'autres ressources, y compris ceux de l'EMSL du DOE, pour répondre à ces questions et à d'autres. Les résultats sont cruciaux pour faire des circuits qui fonctionnent à la vitesse de la lumière une réalité.
