El término "plasmones" puede sonar como algo de la nueva película de Star Wars que se lanzará próximamente, pero los efectos de los plasmones se conocen desde hace siglos. Los plasmones son oscilaciones colectivas de electrones de conducción que se unen libremente a las moléculasy átomos que ruedan a través de las superficies de los metales mientras interactúan con los fotones. Por ejemplo, los plasmones de nanopartículas de oro, plata y otros metales interactúan con los fotones de luz visible para generar los colores vibrantes que muestran las vidrieras, una tecnología que se remonta a más de1,000 años. Pero los plasmones también tienen aplicaciones de alta tecnología. De hecho, incluso hay una tecnología emergente llamada así - plasmonics - que es muy prometedora para las computadoras súper rápidas y la microscopía óptica.
En el corazón de las aplicaciones de alta tecnología de los plasmones está su capacidad única de confinar la energía de un fotón en una dimensión espacial más pequeña que la longitud de onda del fotón. Ahora, un equipo de investigadores de la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab, trabajando en elAdvanced Light Source ALS, ha generado y detectado plasmones que cuentan con uno de los factores de confinamiento más fuertes: la longitud de onda del plasmón es solo una centésima parte de la longitud de onda del fotón en el espacio libre.
Al enfocar la luz infrarroja en la punta de un microscopio de fuerza atómica, los investigadores pudieron observar lo que se llama plasmones "líquido de Luttinger" en nanotubos metálicos de pared simple. Un líquido de Luttinger es la teoría que describe el flujo de electronesa través de objetos unidimensionales, como un nanotubo de pared simple SWNT, tal como la teoría de Fermi-líquido describe el flujo de electrones a través de la mayoría de los metales bidimensionales y tridimensionales.
"Es sorprendente que se pueda observar un plasmón en un nanotubo individual, un objeto 1-D de apenas un solo nanómetro de diámetro", dice Feng Wang, un físico de materia condensada de la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab que dirigióeste trabajo ". Nuestro uso de la microscopía óptica de exploración de campo cercano de tipo dispersión s-SNOM nos permite estudiar la física de los líquidos de Luttinger y explorar nuevos dispositivos plasmónicos con un confinamiento extraordinario de sub-longitud de onda, casi 100 millones de veces menor en volumen quela de los fotones en el espacio libre. Lo que estamos observando podría ser muy prometedor para los nuevos dispositivos plasmónicos y nanofotónicos en un amplio rango de frecuencias, incluidas las longitudes de onda de las telecomunicaciones ".
Wang, quien también tiene citas con el Departamento de Física de Berkeley de la Universidad de California UC y el Instituto Kavli Energy NanoScience Kavli-ENSI, es el autor correspondiente de un artículo en Fotónica de la naturaleza que describe esta investigación. El artículo se titula "Observación de un plasmón líquido Luttinger en nanotubos de carbono metálicos de pared simple". Los coautores principales son Zhiwen Shi y Xiaoping Hong, ambos miembros del grupo de investigación UC Berkeley de Wang. Otroslos coautores son Hans Bechtel, Bo Zeng, Michael Martin, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi y Yuen-Ron Shen.
A pesar del enorme potencial de los plasmones para la integración de la fotónica y la electrónica a nanoescala, el desarrollo de circuitos nanofotónicos basados en plasmones clásicos se ha visto obstaculizado significativamente por la dificultad de lograr guías de ondas plasmónicas de banda ancha que exhiban simultáneamente un fuerte confinamiento espacial, un factor de alta calidad ybaja dispersión. Las observaciones de Wang y sus colegas demuestran que el plasmón líquido de Luttinger de electrones de conducción 1-D en SWNT se comporta de manera muy diferente a los plasmones clásicos.
"Los plasmones de Luttinger-líquido en SWNT se propagan a velocidades semicuantificadas que son independientes de la concentración del portador o la longitud de onda de excitación, y al mismo tiempo exhiben un confinamiento espacial extraordinario, un factor de alta calidad y baja dispersión", dice el coautor Shi., para ser manipulado eficientemente con un dispositivo fotónico, se requiere que la longitud de onda de la luz sea más pequeña que el dispositivo. Al concentrar la energía del fotón en escalas profundas de sub-longitud de onda, los plasmones de Luttinger-líquido en SWNT reducen efectivamente la longitud de onda de la luz. Esto debería permitir laminiaturización de dispositivos fotónicos hasta la escala nanométrica "
Wang, Shi, Hong y sus colegas observaron los plasmones líquidos de Luttinger usando la configuración s-SNOM en ALS Beamline 5.4.1. SWNTs metálicos con diámetros que varían de 1.2 a 1.7 nanómetros fueron cultivados, purificados y luego depositados en un sustrato de nitruro de boroLa luz infrarroja de longitud de onda única se centró en la punta de un microscopio de fuerza atómica para excitar y detectar una onda de plasmón a lo largo de un SWNT.
"Nuestra observación directa de los plasmones líquidos de Luttinger abre nuevas y emocionantes oportunidades", dice Wang. "Por ejemplo, ahora estamos explorando estos plasmones en longitudes de onda de telecomunicaciones, los más utilizados en fotónica y óptica integrada. También estamosaprender cómo se pueden manipular las propiedades de estos plasmones a través de la activación electrostática, la tensión mecánica y los campos magnéticos externos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Original escrito por Lynn Yarris. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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