Tutkijat avaavat tietä plasmonisille siruille

Pintaplasmonit (SP) ovat koherentteja delokalisoituneita värähtelyjä, jotka esiintyvät minkä tahansa kahden materiaalin rajapinnassa. Niiden polaritonit ovat sähkömagneettisia aaltoja, jotka kulkevat metalli-eristeen rajapintaa pitkin. Niiden aaltoon liittyy sekä varausten liikettä metallissa että sähkömagneettisia aaltoja eristeessä.

Pintaplasmonien polaritoneja (SPP) onkin esitetty käytettäväksi informaation kantajina mikrosirujen sisäisessä optisessa tiedonsiirrossa, mutta ongelmana on, että signaali vaimenee erittäin nopeasti.

Moscow Institute of Physics and Technologyn (MIPT) tutkijat ovat esittäneet ratkaisun poistaa optisien rakenteiden energiahäviöt pintaplasmoneista.

Lähestymistapa raivaa tietä kehittää uuden sukupolven suorituskykyisiä optoelektronisia siruja", toteaa tutkimuksen johtaja Dmitri Fedyanin.

Valon käytön ongelmana mikroprosessoreissa ja loogisissa elementeissä on diffraktionraja, sillä optisten osien koko ei voi olla huomattavasti pienempi kuin valon aallonpituus.

Diffraktiorajasta selviytyy siirtymällä fotoneista pintaplasmonien polaritoneihin. Ne esiintyvät kahden median rajapinnassa, mikä antaa mahdollisuuden siirtyä tavanomaisesta kolmiulotteisesta optiikasta kaksiulotteiseen optiikkaan.

Valitettavasti tällä ratkaisulla on myös kääntöpuoli, sillä pintaplasmonien polaritonit tarvitsevat metallia, tai erityisesti sen elektronikaasua. Tämä johtaa liian korkeisiin joulehäviöihin, jotka ovat samanlaisia kuin virran kulkiessa läpi metallilankojen tai vastuksien ", toteaa tohtori Fedyanin.

Eräs ratkaisu on kompensoida etenemishäviöitä pumppaamalla pintaplasmonin polaritoneihin lisäenergiaa. Tässä ratkaisussa se tapahtuu aiemmista kokeiluista poiketen sähköisesti, mikä on myös käytännön edellytys jotta plasmonisia aaltojohtoja voisi integroida mikrosiruille.

MIPT:n tutkijaryhmän kehittämä menetelmän perustuu metalli-eriste-puolijohde (MIS) -rakenteeseen ja tulokset osoittavat mahdollisuutta korvata etenemishäviöitä ja siten mahdollisuutta siirtää signaalia siruilla esiintyvien matkojen verran ilman häviöitä.