La computación, el almacenamiento y la comunicación fotónicos son la base de los futuros chips fotónicos y redes neuronales totalmente ópticas. Los plasmones a nanoescala, con su velocidad de respuesta ultrarrápida y su volumen en modo ultrapequeño, desempeñan un papel importante en la integración de chips fotónicos. Sin embargo, debido a las limitaciones de los materiales y los principios fundamentales de muchos sistemas anteriores, a menudo son incompatibles con la optoelectrónica existente y su estabilidad y operatividad se ven muy comprometidas.
Un informe reciente en National Science Review describe la investigación sobre la modulación óptica dinámica y reversible de plasmones de superficie basada en el transporte de portadores calientes. Esta investigación combina la respuesta de alta velocidad de nanoplasmones metálicos con la modulación optoelectrónica de semiconductores.
Al excitar ópticamente los electrones calientes, modula la densidad de carga del oro y la conductividad de los nanoespacios, lo que en última instancia produce una conmutación reversible y ultrarrápida de las resonancias de plasmón. Por lo tanto, proporciona un prototipo importante para interruptores optoelectrónicos en chips nanofotónicos.
Esta investigación fue dirigida por el grupo de investigación del profesor Ding Tao en la Universidad de Wuhan, en colaboración con el profesor Hongxing Xu, el profesor asociado Li Zhou y el profesor de investigación Ti Wang, así como el profesor Ququan Wang de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur. P>
El equipo de investigación preparó primero Au@Cu2-x S nanopartículas núcleo-cubierta y caracterizó su microestructura. Los resultados experimentales mostraron que el método sol-gel puede producir Au@Cu2-x S nanopartículas núcleo-cubierta con diferentes espesores de cubierta, que proporcionan un soporte ideal para realizar un control dinámico ultrarrápido de plasmones a nanoescala. Au@Cu2-x Las nanopartículas S en diferentes sustratos pueden lograr un control dinámico ultrarrápido de los plasmones.
Bajo irradiación láser, el pico de resonancia plasmónica de Au@Cu2-x Nanopartículas S en el SiO2 El sustrato /Si exhibe un desplazamiento hacia el rojo, mientras que el pico de resonancia plasmónica de Au@Cu2-x Las nanopartículas S sobre el sustrato de Au exhiben un desplazamiento hacia el azul. Cuando se apaga el láser, los picos de resonancia vuelven a sus posiciones iniciales. Todos los procesos de ajuste optoelectrónico han demostrado reversibilidad, controlabilidad y velocidades de respuesta relativamente rápidas.
Los espectros de absorción transitoria (TA) y los cálculos teóricos indican que la excitación óptica del Au@Cu2-x La estructura compuesta plasmónica S puede hacer que los electrones calientes del Au se transfieran a Cu2-x S, lo que provoca una disminución en la densidad electrónica de Au y un desplazamiento hacia el rojo de la resonancia de plasmón superficial localizada (LSPR).
Por el contrario, cuando el Au@Cu2-x El S se coloca sobre un sustrato de Au (estructura NPoM), los electrones calientes pueden transportarse a través del Cu2-x Capa S al sustrato de Au, aumentando la conductividad del nanogap y provocando un cambio al azul de los polaritones del plasmón acoplados. Esta estrategia de control plasmónico basada en el transporte de portadores calientes es particularmente adecuada para la integración de dispositivos optoelectrónicos, proporcionando prototipos de dispositivos para computación e interconexión fotónica.
Más información: Jiacheng Yao et al, Sintonización optoelectrónica de resonancias de plasmón mediante electrones calientes modulados ópticamente, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad280
Proporcionado por Science China Press
