Według deklaracji grupy badawczej prof. Xiang Zhang z Berkeley, opracowanie koncepcji nowej quasi-cząstki oraz eksperymentalne sprawdzenie jej zachowania w specjalnie zaprojektowanej nano-strukturze może doprowadzić do przełomu w fotonice zintegrowanej.

Już od pewnego czasu oczekujemy zastąpienia dzisiejszych obwodów elektronicznych obwodami fotonicznymi, których wykorzystanie, zmniejszając energię potrzebną do przesyłania informacji przez zastąpienie prądu elektrycznego  sygnałem optycznym lub inną formą fali elektromagnetycznej, co poprawiłoby zarówno parametry energetyczne, jak i szybkość działania.

Rys. 1 Nano-prowadnica HPP (hybrid plasmon polariton) składa się z paska półprzewodnikowego oddzielonego od powierzchni metalicznej cienką warstwą dielektryka. Na schemacie przedstawiono zachowanie prowadnicy  w przypadku pobudzenia optycznym sygnałem wejściowym		Rys. 2 Trójwymiarowy obraz struktury ilustrujący zdolność wygenerowanego HPP (czerwony obszar) do wytwarzania silnych oddziaływań światło-materia do wykorzystania w urządzeniach fotonicznych.

W celu zaradzenia temu problemowi zespół Zhanga zaproponował wytworzenie trójwarstwowej struktury, w którym między podłożem wykonanym z metalu, a paskiem wykonanym z półprzewodnika umieszczona jest cienka warstwa dielektryczna. (rys. 1). Rozwiązanie takie skutkuje „wciśnięciem” sygnału optycznego  w warstwę dielektryczną, w której straty są nieporównywalnie mniejsze niż w metalu. Co więcej, fotony w dalszym ciągu sprzężone są z tworzącymi strukturę plazmonu oscylacjami elektronów, na skutek czego możemy ich kolektywne zachowanie rozważać jako quasicząstkę nazwaną przez naukowców HPP (hybrid plasmon polariton).

Jak przekonuje współpracownik Hanga, Ziliang Lie „W opracowanej przez nas strukturze, tworzymy mod HPP będący hybrydą modów plazmonowych i fotonicznych, który łączy zalety obu tych zjawisk dzięki czemu umożliwia nam doskonałe przestrzenne ograniczenie sygnału oraz przesyłanie go z minimalnymi stratami (rysunek 2). Jest to istotne nie tylko dla militaryzacji urządzeń lecz również otwiera perspektywy dla prac nad nanolaserami, fotoniki kwantowej i jedno-fotonowych przełączników optycznych.

Prowadnice HPP są w pełni kompatybilne z technologiami CMOS i SOI (Silikon on-insulaor) używanej do integracji urządzeń fotonicznej. Współpracownik Hanga, Volker Sorter uważa, że prototyp urządzenia może być gotowy za dwa lata, natomiast na rynku może ono się pojawić w przeciągu pięciu lat. Deklaruje również, że obecnie grupa pracuje nad demonstracją w pełni optycznego tranzystora i opartego na HPP modulatora optycznego. Biorąc pod uwagę ich aktywność,  o której ostatnio donosiliśmy: "Śpiewa, tańczy... moduluje" możemy tylko podziwiać tempo pracy. Na pewno już wkrótce usłyszymy o nich ponownie.

Żródło: www.physorg.com

Paper: Nature Communications, "Experimental Demonstration of Low-Loss Optical Waveguiding at Deep Sub-wavelength Scales."