Cientistas russos e dinamarqueses propuseram uma “super lente” para chips fotônicos

Não importa quão pequeno seja o elétron, ele é mais pesado que um fóton, o que afeta negativamente a velocidade de propagação de elétrons em um meio condutor. Nesse sentido, os fótons são capazes de viajar muito mais rapidamente, o que abre amplas perspectivas para a eletrônica de fótons. Mas ainda existem muitos obstáculos à fotônica de silício, um dos quais os cientistas russos e dinamarqueses estão aprendendo a superar, a saber, estão procurando uma oportunidade de focar a luz em um limite impossível.

Ilustração. Super Lens. Designer: Daria Sokol, MIPT Press Service

Uma das limitações fundamentais de uma lente coletor convencional é causada pelo limite de difração, que não permite focalizar a luz em um ponto inferior a 50% do comprimento de onda. Este é um sério obstáculo à miniaturização da fotônica de silício. Um grupo de cientistas de Moscou (MIPT), Tomsk (Universidade Politécnica de Tomsk) e Copenhague conseguiu contornar isso. Os cientistas criaram um “superlens” – um dispositivo em miniatura que permitiu provar experimentalmente a capacidade de “espremer” luz até 60% do comprimento de onda, o que quebra o notório limite de difração.

A palavra “squeeze” é escrita em vírgulas invertidas por um bom motivo. Não é a própria luz compactada, mas quase as partículas formadas pela interação de fótons e elétrons nas camadas superficiais de uma substância de um meio condutor. O design do óxido metálico de focalização é uma peça quadrada de dielétrico com lados de 5 μm e espessura de 0,25 μm. O dielétrico é colocado em uma placa de ouro com uma espessura de 0,1 μm, no verso do qual é aplicada uma treliça de alívio.

«Um incidente de pulso de laser em um filme de ouro é convertido em plasmons de polariton de superfície – ondas eletromagnéticas especiais que se propagam no plano de um filme de metal e, passando sob uma partícula dielétrica quadrada, concentram até 60% do comprimento de onda original ”, explicam os cientistas. Plasmons são vibrações coletivas de elétrons em um metal, consistentes com polaritons – a propagação de uma onda de luz sobre a superfície. São precisamente as interações fóton-elétron que são focalizadas, o que indiretamente permite que você “foque” a luz incidente no metal.

Estrutura Metallinza (MIPT)

Como resultado do esquema de foco implementado acima, os cientistas foram capazes de registrar pela primeira vez experimentalmente um fenômeno como uma nanoestrutura de plasmon. “Usamos simulações em computador para encontrar o tamanho apropriado de partícula dielétrica e as características da grade de difração em ouro. Como resultado, uma onda plasmônica de superfície tem uma velocidade de fase diferente nas bordas e no centro do dielétrico, o que faz com que a frente da onda se dobre e forme uma nanoestrutura plasmônica – uma região de alta densidade de plasmons de polariton ”, disse o vice-diretor do ISHPE e o principal pesquisador do laboratório de materiais bidimensionais e nanodispositivos MIPT Dmitry Ponomarev.

Em um futuro próximo, os cientistas planejam demonstrar outros efeitos interessantes associados à formação, propagação e uso de jatos de plasmon.