Ultraszybkie procesory dzięki plazmonom
Kiedy światło oddziałuje ze swobodnymi elektronami w metalu, w pewnych okolicznościach powstaje fala gęstości nosząca nazwę plazmonu, która występuje na częstotliwościach optycznych. Plazmony są falami wzbudzonych elektronów powierzchniowych, a nie ruchem rzeczywistych cząstek poruszających się z prędkością bliską prędkości światła. Dlatego też procesory komputerowe wyposażone w tę technologię mogą działać dużo szybciej niż aktualnie stosowane urządzenia elektroniczne. Aby można było połączyć obwody optyczne i standardowe układy optyczne w komputerach, potrzebna jest możliwość kontrolowania plazmonów. Finansowany ze środków UE projektu TRUEVIEW (Time-resolved ultrafast electron visualization of evanescent waves) umożliwił znacznie dokładniejsze zbadanie ewolucji zanikających pól elektromagnetycznych w strukturach nanofotonicznych oraz towarzyszących im oddziaływań między światłem i materią, niezbędnych we współczesnych badaniach optoelektronicznych. Przy pomocy techniki fotoindukowanej mikroskopii elektronowej bliskiego pola (PINEM) naukowcom udało się zwizualizować i scharakteryzować w czasie oraz przestrzeni nanostruktury fotoniczne i plazmoniczne z rozdzielczością nanometrową i femtosekundową. Zaawansowana technika wykorzystuje bardzo krótkie zsynchronizowane impulsy elektronów do detekcji fotoindukowanych ultraszybkich pól elektromagnetycznych uwięzionych w nanoskalowych strukturach. W starannie przemyślanym eksperymencie, w którym plazmoniczną falę stojącą wzbudzano przy pomocy fotonów w nanoskalowym rezonatorze, naukowcy uchwycili ultraszybką migawkę uwięzionego światła, tworząc mapę jego rozkładu w energii i przestrzeni w dwóch wymiarach. Uzyskany obraz ujawnia właściwości falowe plazmonów oraz jednocześnie ich naturę kwantową, w ramach jednego eksperymentu. Ponadto, uczeni zarejestrowali na filmie rozchodzące się fale plazmoniczne w starannie zaprojektowanym ośrodku. Propagację i zakłócenia sfilmowano przy pomocy obrazowania PINEM, wykorzystując zsynchronizowane impulsy elektronów przy różnych opóźnieniach czasowych w podejściu stroboskopowym. W podobnych eksperymentach naukowcy uzyskali kontrolę nad zakłóceniami plazmonicznymi poprzez połączenie nanowzorcowania i polaryzacji światła wzbudzającego. Projekt TRUEVIEW umożliwił poznanie zasad działania uwięzionych w nanoskalowych strukturach fal optycznych oraz manipulowania światłem w nanostrukturach optoelektronicznych. Dzięki wykorzystaniu PINEM do wizualizacji i charakterystyki nanostruktur fotonicznych i plazmonicznych w czasie i przestrzeni wprowadzono dziedzinę ultraszybkiej mikroskopii elektronowej do europejskiej społeczności naukowej.
Słowa kluczowe
Ultraszybkie procesory, plazmony, korpuskularno-falowy, TRUEVIEW, mikroskopia elektronowa
