Los científicos de EPFL han descubierto cómo se puede controlar la transmisión de señales ópticas, allanando el camino para la integración de plasmónicos con circuitos electrónicos convencionales.

Cuando la luz golpea un metal en determinadas circunstancias, genera una onda de densidad de los electrones en su superficie, como arrojar una piedra al agua. Esta onda se llama plasmón, y es pequeño y rápido, que ocurren en frecuencias ópticas. Plasmónicos, el estudio de los plasmones, ha ganado un gran interés en todo el mundo, ya que podría ofrecer una forma de unir circuitos electrónicos y ópticos en tecnologías como las computadoras, creando procesadores ultrarrápidos. Sin embargo, integrar plasmónicos con circuitos electrónicos regulares requiere la capacidad de controlar los plasmones. En un emocionante Nano letras publicación, Los científicos de EPFL que colaboran con el Instituto Max Plank han descubierto cómo se pueden controlar los plasmones en términos de energía y espacio.

Las fibras ópticas ya han cambiado la forma en que nos comunicamos al usar la luz para transmitir datos digitales y anchos de banda altos y a través de largas distancias. pero requieren "alambres" relativamente voluminosos que son esencialmente tubos de cuatro capas con interiores reflectantes. Por otra parte, los cables eléctricos son más delgados y más fáciles de fabricar, pero transmite datos a una velocidad mucho menor. Los plasmónicos tienen el potencial de unir la óptica con la electrónica y combinar sus beneficios sin sus desventajas.

La idea es simple:use la luz para codificar y transmitir datos a frecuencias ópticas a través de la superficie de un cable eléctrico convencional. A menudo denominado "luz en un cable", La plasmónica se ha convertido en un campo en rápido crecimiento que promete muchas tecnologías nuevas e interesantes. Estos incluyen biosensores extremadamente sensibles, telecomunicaciones significativamente mejoradas y una nueva generación de procesadores de computadora que pueden operar a velocidades ultrarrápidas. Dado que los plasmones son ondas de electrones superficiales excitados en lugar de movimientos de partículas reales, La transmisión plasmónica puede ser órdenes de magnitud más rápida que la transmisión electrónica.

Los científicos del Centro Max-Planck-EPFL de Nanociencia y Tecnología Molecular nos han acercado un paso más a la era de los plasmónicos al mostrar que los orbitales moleculares de la superficie de un metal actúan como pequeñas puertas que pueden controlar los plasmones energética y espacialmente. El mayor obstáculo para la integración de plasmónicos en circuitos electrónicos convencionales es que los dispositivos prototipo tienen que ser nanoconstruidos. Esto significa que requieren interfaces controlables entre nanoelectrónica y nanoóptica. Los investigadores encontraron que la solución se encuentra en los orbitales moleculares individuales:funciones matemáticas que describen las nubes de electrones que se forman cuando los átomos se unen en una molécula.

Dirigido por Klaus Kern, el equipo utilizó un microscopio de efecto túnel (STM) para examinar los complejos de iridio enfriados a una temperatura de cero absoluto (5 grados Kelvin). La microscopía STM explota el túnel de electrones desde una superficie metálica hasta una punta metálica muy afilada que se puede escanear sobre la superficie del metal. En su camino a la punta, algunos de los electrones pierden energía. Esta energía excita oscilaciones (plasmones) en la superficie del metal y la punta y luego se puede observar mediante la emisión de luz en un detector óptico.

Los datos del equipo mostraron que la excitación de los plasmones puede controlarse activamente con una sola molécula. Estudiando un complejo de iridio, descubrieron que sus orbitales moleculares, efectivamente los niveles de energía particulares, actúan como pequeñas puertas que determinan la generación de plasmones tanto energética como espacialmente, incluso hasta áreas más pequeñas que la propia molécula. De hecho, en moléculas cuya estructura electrónica es conocida, se puede predecir tanto la energía como la ubicación de las oscilaciones generadas, lo que significa que ahora es posible controlar realmente la generación de plasmones en el nivel de una sola molécula.

Los científicos creen que este fenómeno no se limita únicamente al complejo de iridio, pero también debería aplicarse a otras moléculas orgánicas. El descubrimiento tendrá un impacto significativo en el diseño de futuros dispositivos basados ​​en plasmones, ya que allana el camino para controlar la excitación eléctrica de nanoestructuras plasmónicas hasta, e incluso abajo, el nivel de una molécula individual, y puede permitir la integración directa de nanoestructuras plasmónicas en circuitos electrónicos convencionales.