Sähkö ja valo samaan johteeseen

Uusi yhdistelmä materiaaleja voi tehokkaasti ohjata sähköä ja valoa samaa ohutta lankaa pitkin. Havainto voisi olla askel kohti mikropiirejä, jotka pystyvät siirtämään digitaalista tietoa valon nopeudella.

University of Rochesterin ja Sveitsin liittovaltion Institute of Technology Zürichin tutkijat ovat kehittäneet piirimallin, joka koostuu hopeisesta nanolangasta ja yksikerroksisesta hiutaleesta molybendum disulfidia (MoS2).

Kun laserilla viritetään sähkömagneettisia plasmoneja langan pinnalle, huomattiin, että langan päässä oleva MoS2-hiutale generoi vahvan valoemission. Kun virittyneet elektronit sitten purkautuvat, ne kerääntyvät takaisin lankaan ja muuntuvat uudelleen takaisin päin kulkeviksi plasmoneiksi, joka emittoivat valoa samalla aallonpituudella.

Tutkijoiden mukaan kyseessä on ilmeinen nanomittakaavan valon ja aineen vuorovaikutus plasmonien ja atomisen ohuen materiaalin välillä. Tyypillisesti plasmonit vaimenevat nopeasti ja tutkijoita yllättikin se, että prosessissa oli tarpeeksi energiaa vielä käännöksen jälkeen.

Fotoniset laitteet ovat paljon nopeampia kuin sähköiset, mutta tähän mennessä valoa keskittäviä rakenteita ei ole voitu miniatyrisoida niin pieniksi kuin elektronisia piirejä.

Uudet löydöt ovat lupaavia valon ohjaamiseksi ja signaalin intensiteetin ylläpitämiseksi hyvin pienissä mitoissa. Täten niitä voitaneen hyödyntää nanofotoniikan integroiduissa piireissä.

Massatavara MoS2:ssa elektronit ja fotonit vuorovaikuttavat kuin ne olisivat perinteisiä puolijohteita mutta kun MoS2 ohenee, sen energiarako muuntuu epäsuorasta suoraksi, joten elektronit voivat siirtyä helpommin energiavöiden välillä fotoneja vapauttamalla.

Esimerkiksi grafeeni on tehoton valoemissiossa koska sillä ei ole energiarakoa.