Los investigadores de Berkeley Lab han diseñado una nueva clase de dispositivos con forma de pajarita que capturan, filtrar y dirigir la luz a nanoescala. Estos dispositivos de "nano-clasificación de colores" actúan como antenas para enfocar y clasificar la luz en espacios diminutos, una técnica útil para recolectar luz de banda ancha para filtros y detectores sensibles al color.

En la actualidad, Las fibras ópticas emplean luz para transportar datos con un ancho de banda muy alto, pero la técnica encuentra un obstáculo cuando la luz se comprime en circuitos fotónicos cada vez más pequeños. Este obstáculo es el límite de difracción, una restricción fundamental para concentrar fotones en regiones menores a la mitad de su longitud de onda. A diferencia de, los dispositivos electrónicos se fabrican fácilmente a escalas nanométricas; sin embargo, La transferencia electrónica de datos funciona a frecuencias muy inferiores a las de la fibra óptica. con un ancho de banda mucho menor, reduciendo la cantidad de datos transportados.

Una tecnología reciente, acuñó "plasmónicos, "agrupa ondas electromagnéticas en estructuras metálicas con dimensiones mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz para transmitir datos a frecuencias ópticas, uniendo los mejores aspectos de las comunicaciones ópticas y electrónicas. Una clase de estructuras particularmente prometedora para mejorar este efecto de aglomeración son las antenas ópticas a nanoescala hechas de oro, que aprovechan el comportamiento plasmónico para capturar y confinar la luz de manera eficiente en dimensiones minúsculas.

"Como la antena de tu TV o radio, Las nanoantenas ópticas capturan y concentran energía de manera eficiente, pero las longitudes de onda son mucho más pequeñas, "dice Jim Schuck, un científico del personal de la Fundición Molecular, una instalación de usuario nacional del Departamento de Energía de EE. UU. en Berkeley Lab que brinda apoyo a investigadores de nanociencia de todo el mundo.

"Hemos creado la primera estructura diseñada y nanofabricada para la distribución de luz a nanoescala que puede enviar y manipular información óptica ultraconfinada con una perilla que puede sintonizar fácilmente:la energía o el color de la luz, "dice Schuck, que trabaja en la instalación de procesamiento de imágenes y manipulación de nanoestructuras de Foundry.

Investigador postdoctoral de Fundición Molecular Zhaoyu Zhang, trabajando con Schuck y el director de instalaciones de nanofabricación, Stefano Cabrini, nanoantenas fabricadas a partir de cuatro triángulos equiláteros de oro modelados litográficamente para crear una geometría en "cruz".

Romper la simetría de este dispositivo en forma de cruz afecta su modo de resonancia principal, una propiedad que se ilustra mejor con la rotura de una flauta de champán cuando encuentra un tono musical del tono correcto. En estas nanoantenas cruzadas, los modos resonantes corresponden a diferentes frecuencias, o colores, de luz.

"Ahora podemos controlar las propiedades plasmónicas de estos dispositivos introduciendo asimetría, y encontramos que la luz roja y azul se envía literalmente a izquierda y derecha, ", dice Zhang." Al superar los límites de la manipulación de la luz en un volumen más pequeño, podemos mover información a un lugar u otro de manera rápida y eficiente, que es importante para rápido, fotodetección sensible al color. "

En efecto, desplazar la pajarita alineada verticalmente en la nanoantena cruzada a solo cinco nanómetros a la izquierda del centro genera dos modos de resonancia, produciendo un filtro de dos colores. El equipo demostró aún más este efecto al romper otras simetrías de las pajaritas, que conduce a un filtro de tres colores. Esta ruptura de simetría brinda a los científicos la capacidad de "autoajustar" un dispositivo a un conjunto deseado de colores o energías. crucial para filtros y otros detectores. Usando las capacidades de nanofabricación disponibles en Foundry, los científicos planean explorar el ajuste del tamaño, forma, y posición de las pajaritas para optimizar las propiedades del dispositivo. Por ejemplo, miles de pajaritas podrían empaquetarse en un área de menos de un milímetro de ancho, permitiendo grandes, pero ultrarrápido, matrices de detectores.

"Nuestros hallazgos dan una idea del vínculo entre la ruptura de la simetría simple y las propiedades de acoplamiento coherente de los plasmones localizados, proporcionar un camino para la ingeniería de dispositivos intrincados que pueden controlar la luz en espacios extremadamente reducidos, "Añade Schuck.

Un artículo científico que informa sobre esta investigación titulado "Manipulación de campos de luz a nanoescala con el nano-colorsorter asimétrico de pajarita, "por Zhaoyu Zhang, Alexander Weber-Bargioni, Shiwei Wu, Scott Dhuey, Stefano Cabrini y James Schuck, aparece en Nano Letters y está disponible en Nano letras en línea.

Fuente:Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (noticias:web)