La figure (a) montre une impression artistique de l'effet tunnel directionnel dans une jonction moléculaire à double barrière suivie d'une excitation plasmonique [Crédit :Harshini Venkata ANNADATA]. La figure (b) donne les images expérimentales d'émission de lumière défocalisée montrant l'excitation directionnelle des polaritons de plasmons de surface pour des échantillons contenant des molécules avec et sans un angle d'inclinaison spécifique. Crédit : lettres nano
Les scientifiques du NUS ont développé une méthode d'excitation directionnelle des plasmons à l'échelle de la longueur moléculaire avec des sources électriques. Les dispositifs photoniques qui utilisent la lumière peuvent transmettre des informations beaucoup plus rapidement que les systèmes nanoélectroniques. Cependant, ils ont tendance à être beaucoup plus gros et difficiles à intégrer aux systèmes nanoélectroniques.
Plasmonique, qui implique l'étude des interactions entre les particules légères et chargées telles que les électrons dans le métal, a le potentiel de combler le fossé entre la nanoélectronique et la photonique. Un aspect important est de disposer de sources d'excitation capables de convertir directement les signaux électriques en plasmons pour surmonter le décalage de taille entre les petits dispositifs nanoélectroniques et les grands éléments photoniques qui est limité par la grande taille des photons. Les plasmons peuvent être vus comme une lumière confinée, jusqu'à 100 fois plus petit que les photons, avec des dimensions compatibles avec la nanoélectronique. Il serait également hautement souhaitable de pouvoir contrôler la direction d'excitation des plasmons, de manière à les orienter vers d'autres composants pour réduire le besoin d'éléments optiques.
Une équipe dirigée par le Pr Christian A. NIJHUIS du Département de Chimie, NOUS, en collaboration avec le Dr Nikodem TOMCZAK de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux, Agence pour la science, Technologie et Recherche (IMRE, A*STAR) a découvert que la direction d'excitation des polaritons de plasmon de surface (SPP) dans une jonction moléculaire (double barrière) peut être contrôlée en ajustant l'angle d'inclinaison des molécules par rapport à la surface de l'électrode. Ces SPP sont des ondes lumineuses qui fonctionnent comme des éléments photoniques, transporter des informations à grande vitesse. Les chercheurs ont pu exciter les plasmons le long de la direction du tunnel sans utiliser de gros éléments optiques qui peuvent potentiellement entraîner des complications dans la conception et la fabrication des dispositifs.
La jonction moléculaire à double barrière est constituée de monocouches de molécules constituées de deux segments, une unité hautement conductrice et une section isolante. Les molécules sont prises en sandwich entre deux électrodes métalliques. L'angle d'inclinaison du segment conducteur le long duquel les électrons pénètrent efficacement peut être contrôlé avec précision en modifiant la longueur de la section isolante. Contrairement aux barrières tunnel en oxyde métallique conventionnelles, la direction de l'effet tunnel dans ces jonctions moléculaires à double barrière peut être contrôlée avec précision.
Le professeur Nijhuis a dit, "Ces résultats sont intéressants car nos sources de plasmons ne sont pas limitées par la diffraction et elles démontrent la manipulation des plasmons à l'échelle de la longueur moléculaire sans l'utilisation de grands éléments optiques, comme les antennes, ou des sources lumineuses externes."
Ces résultats donnent de nouvelles informations sur les interactions lumière-matière dans les jonctions tunnel et constituent une prochaine étape importante pour intégrer les jonctions tunnel aux guides d'ondes plasmoniques.
