Las estructuras metálicas extremadamente pequeñas especialmente diseñadas pueden atrapar la luz. Una vez atrapado la luz se convierte en una onda confinada conocida como plasmón de superficie. Los plasmones se propagan desde la fuente a ubicaciones a varios cientos de micrones de distancia, casi tan rápido como la luz a través del aire. Crédito:Sociedad Química Estadounidense
Las ondas de luz atrapadas en la superficie de un metal viajan casi tan rápido como la luz a través del aire, y una nueva investigación en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico muestra estas ondas, llamados plasmones de superficie, viajar lo suficientemente lejos como para posiblemente ser útil para interconexiones de circuitos electrónicos ultrarrápidos. El equipo de PNNL capturó, en video, plasmones de superficie que se mueven al menos 250 micrones a través de la superficie.
Debido a que las interconexiones de circuitos basadas en plasmones de superficie podrían ser mucho más rápidas que las interconexiones actuales, esta investigación básica podría conducir a circuitos de computadora más rápidos y proporcionar avances significativos en la química, biológico, y campos de la salud. También, los resultados brindan información sobre estas ondas de luz atrapadas a las comunidades científicas. El estudio confirma experimentalmente la relación lineal entre las ondas de luz de entrada y los plasmones de superficie generados. También indica que los plasmones tienen una larga vida y baja disipación, información fundamental crítica necesaria para utilizar las ondas en circuitos y otras aplicaciones.
Cuando se genera un plasmón de superficie sobre una superficie metálica, se puede observar mediante el uso de luz láser para emitir electrones. Al detectar estos fotoelectrones, con un instrumento especial llamado microscopio electrónico de fotoemisión (PEEM), los científicos exploraron la naturaleza de los plasmones superficiales.
En sus experimentos, el equipo aplicó dos pulsos de láser a la muestra:uno se llama bomba, utilizado para generar el plasmón de superficie; el otro se llama sonda, utilizado para detectar el plasmón. El pulso de la sonda golpea la muestra y detecta el plasmón en diferentes retrasos de tiempo. Al ajustar continuamente el tiempo de retardo entre los pulsos de la bomba y la sonda, el equipo monitoreó el movimiento del plasmón en la superficie dorada, encontrando que la onda viajó hasta 250 micrones en la superficie del metal.
Esta imagen, tomada con un microscopio electrónico de fotoemisión, muestra el pulso de sonda y bomba separados espacialmente. Crédito:Sociedad Química Estadounidense
"La distancia es sorprendentemente larga porque las ondas de plasmón no se propagan como una onda de espacio libre normal, "dijo el Dr. Yu Gong, científico de la PNNL y autor principal de este estudio. "En nuestro caso, los plasmones viajan distancias inesperadamente largas en películas metálicas ".
El equipo aplicó simulaciones numéricas para confirmar aún más sus resultados experimentales.
¿Que sigue? Ahora, el equipo está explorando cómo controlar la propagación del plasmón de superficie. Por ejemplo, ¿Con qué eficiencia se puede generar el plasmón de superficie? ¿Cómo se puede guiar? ¿Cómo se puede detener? Los científicos están utilizando el PEEM y otros recursos, incluidos los del EMSL del DOE, para responder estas y otras preguntas. Los resultados son cruciales para hacer realidad los circuitos que operan a la velocidad de la luz.
