Dispositius electroòptics, ara a la nanoescala

Image

He vist al blog de Stanford que comenten un seu article publicat a la revista Science: Plasmonics intensifies a novel nanoscale light source, Stanford engineers find. Aquest article toca un dels aspectes que al nostre grup de recerca hem estudiant en els darrers anys: l’òptica no linial. De fet, el que hem treballat és en el càlcul de les propietats elèctriques de les molècules, des del moment dipolar fins a propietats dependents d’un camp elèctric oscil.lant.

Tal com diu aquesta entrada, hi ha cristalls que, a partir d’un raig de llum incident d’un color, en proporcionen un altre (sortint) d’un altre color, de freqüència doble: es tracta de la propietat de generació del segon harmònic (segond harmonic generation, SHG). Però aquesta generació d’un raig de llum de frequência doble (llarga d’ona la meitat de l’original) també es pot provocar per l’aplicació d’un camp elèctric: es tracta de la generació del segon harmònic induïda per un camp elèctric (electric-field induced second harmonic generation, EFISHG).

Si bé la ciència d’aquest fenomen (a la qual hem humilment contribuït a l’IQC) és prou ben entesa, la seva part pràctica resulta poc adequada per a les aplicacions concretes. Però ara l’article de Stanford senyala una miniaturització d’aquests dispositius electroòptics basats en l’EFISHG:

For the first time we have a nonlinear optical device at the nanoscale that has both optical and electrical functionality. And this offers some interesting engineering possibilities

I llavors

For many photonic applications, including signal and information processing, it is desirable to electrically manipulate nonlinear light generation. The new device resembles a nanoscale bowtie with two halves of symmetrical gold leaf approaching, but not quite touching, in the center. This thin slit between the two halves is filled with a nonlinear material. The narrowness is critical. It is just 100 nanometers across.

L’efecte més senzill d’efecte de camps elèctrics sobre fenòmens òptics és l’efecte Pockels: tots hem vist que hi ha cristalls que desvien un raig de llum (o que descomposen la llum blanca) – però en certs cristalls si s’hi aplica un camp elèctric (per exemple el generat entre dues plaques carregades elèctricament) variable, es pot graduar la desviació del raig de llum. L’efecte Kerr és semblant al Pockels, però la desviació, en lloc de ser linial, és quadràtica respecte de la intensitat del camp aplicat.

Aquest és un camp apassionant, lligat a l’electroòptica, que permet fer des d’estudis molt teòrics fins a dissenyar nanoelectrodispositius òptics. Tot plegat, per al camp de les comunicacions i de la computació:

“It’s a great piece of basic science,” said Brongersma. “It is work that combines several disciplines – nonlinear optics, electronics, plasmonics and nanoscale engineering – into a really interesting device that could keep us busy for a while.”

L’article de Science tracta també la plasmònica, la interacció llum-metall:

Brongersma’s area of expertise, plasmonics, then enters the scene. Plasmonics is the study of a curious physical phenomenon that occurs when light and metal interact. As photons strike metal they produce waves of energy coursing outward over the surface of the metal, like the ripples when a pebble is dropped in a pon

Article de Science: Electrically Controlled Nonlinear Generation of Light with Plasmonics

 

2 thoughts on “Dispositius electroòptics, ara a la nanoescala

Comments are closed.