基于共振耦合的表面等离激元开关

Resonance-Coupling-Based Plasmonic Switches

由于在制造纳米光子集成线路上的无限潜力,基于表面等离激元(Surface Plasmon)的纳米光子学,即表面等离激元学(Plasmonics),受到了全球庞大的微电子工业的广泛关注

传统光子学元件的尺寸往往限制在微米以上,但能工作在上百太赫兹(10^12 Hz)的频率,运行速度极快;而微电子元件的尺寸已能缩小到几十纳米,却最高只能工作在吉赫兹(10^9 Hz)频率,运行速度相对较慢。如果能将光子线路整合到微电子线路中,将有可能大大提高传统微电子芯片的处理速度。但是,光子学元件和微电子元件的尺寸差距极大地妨碍了它们的整合,从而阻碍了利用光子学元件提高微电子线路运行速度的可能。正因为此,基于表面等离激元的纳米光子集成线路成为了解决这个尺寸匹配问题的关键因素。为了实现表面等离激元纳米光子集成线路,我们需要那些与基本的微电子元件相对应的表面等离激元元件。到目前为止,这方面的突破性工作都集中在被动型表面等离激元元件,例如等离激元波导,谐振器和耦合器。而关于主动型表面等离激元元件的研究却十分有限,例如表面等离激元调制器和开关。

在近期的small杂志中(Small 2010, 6(22), 2514~2519),香港中文大学物理系王建方教授的研究组报道了一种基于可控共振耦合的表面等离激元开关元件。这样一个开关由单个金纳米棒和其周围的光致变色分子组成,大小不到一百纳米,纳米棒和分子都被封装在一层二氧化硅薄膜中。而它的开关属性则是由紫外光来触发,由暗场散射技术来监测。操纵这样单个表面等离激元开关所需要的触发功率和能量只有大约13 pW和39 pJ,而它的调制深度则可以达到7.2 dB。这种光控等离激元开关可以作为纳米光子线路中的一个开关元件,从而能够与微电子元件很好的耦合,解决它们之间的尺寸匹配问题。

T. Ming et al. small, 2010; DOI: 10.1002/smll.201000920

撰稿:香港中文大学物理系

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