Un grupo de científicos de la Universidad ITMO en San Petersburgo ha presentado un nuevo enfoque para la manipulación efectiva de la luz a nanoescala basada en nanoantenas de metal-dieléctrico híbrido. La nueva tecnología promete crear una nueva plataforma para el registro de datos ópticos ultradensos yallanar el camino a la fabricación de alto rendimiento de una amplia gama de nanodispositivos ópticos capaces de localizar, mejorar y manipular la luz a nanoescala. Los resultados del estudio se publicaron en Materiales avanzados .
Nanoantenna es un dispositivo que convierte la luz que se propaga libremente en luz localizada, comprimida en varias decenas de nanómetros. La localización permite a los científicos controlar eficazmente la luz a nanoescala. Esta es una de las razones por las que las nanoantenas pueden convertirse en los bloques de construcción fundamentales deLas futuras computadoras ópticas que dependen de fotones en lugar de electrones para procesar y transmitir información.Este reemplazo inevitable del portador de información está relacionado con el hecho de que los fotones superan a los electrones en varios órdenes de magnitud en términos de capacidad de información, requieren menos energía, descartan el circuitocalentamiento y asegurar el intercambio de datos a alta velocidad.
Hasta hace poco, la producción de matrices planas de nanoantenas híbridas para la manipulación de la luz se consideraba un proceso extremadamente laborioso. Investigadores de la Universidad ITMO encontraron una solución a este problema en colaboración con colegas de la Universidad Académica de San Petersburgo y el Instituto Conjunto para Altas Temperaturasen Moscú. El grupo de investigación ha desarrollado por primera vez una técnica para crear tales conjuntos de nanoantenas híbridas y para el ajuste de alta precisión de nanoantenas individuales dentro del conjunto. El logro fue posible al combinar posteriormente dos etapas de producción: litografía y exposición precisade thenanoantenna a un láser de femtosegundo - láser de impulso ultracorto.
La aplicación práctica de nanoantenas híbridas se encuentra, en particular, en el campo de la grabación de datos ultradensa. Las unidades ópticas modernas pueden grabar información con una densidad de alrededor de 10 Gbit / pulgada2, lo que equivale al tamaño de un solo píxel de unos pocos cientos de nanómetros.Aunque tales dimensiones son comparables al tamaño de las nanoantenas, los científicos proponen controlar adicionalmente su color en el espectro visible. Este procedimiento lleva a la adición de otra "dimensión" para el registro de datos, que aumenta de inmediato la capacidad de almacenamiento de datos completa.el sistema.
Además de la grabación de datos ultradensa, la modificación selectiva de nanoantenas híbridas puede ayudar a crear nuevos diseños de metasuperficies híbridas, guías de onda y sensores compactos para monitoreo ambiental. En el futuro más cercano, el grupo de investigación planea enfocarse en el desarrollo de aplicaciones específicas de este tipo.sus nanoantenas híbridas
Las nanoantenas están formadas por dos componentes: un cono de silicio truncado con un delgado disco dorado ubicado en la parte superior. Los investigadores demostraron que, gracias a la remodelación láser a nanoescala, es posible modificar con precisión la forma de la partícula dorada sin afectar el siliciocono. El cambio en la forma de la partícula dorada da como resultado un cambio en las propiedades ópticas de la nanoantena en su conjunto debido a los diferentes grados de superposición de resonancia entre el silicio y las nanopartículas doradas.
"Nuestro método abre la posibilidad de cambiar gradualmente las propiedades ópticas de las nanoantenas mediante la fusión selectiva con láser de las partículas doradas. Dependiendo de la intensidad del rayo láser, la partícula dorada permanecerá en forma de disco, se convertirá en una copa oconvertirse en un globo terráqueo. Tal manipulación precisa nos permite obtener una nanoestructura híbrida funcional con las propiedades deseadas en un segundo ", comenta Sergey Makarov, uno de los autores del artículo e investigador del Departamento de Nanofotónica y Metamateriales de la Universidad ITMO.
Contrariamente a la fabricación convencional de nanoantenas inducida por calor, el nuevo método plantea la posibilidad de ajustar nanoantenas individuales dentro de la matriz y ejercer un control preciso sobre las propiedades ópticas generales de las nanoestructuras híbridas.
"Nuestro concepto de nanoantenas híbridas asimétricas unifica dos enfoques que anteriormente se consideraban mutuamente excluyentes: la plasmónica y la nanofotónica totalmente dieléctrica. Nuestras nanoestructuras híbridas heredaron las ventajas de ambos enfoques: localización y mejora de la luz a nanoescala, baja ópticapérdidas y la capacidad de controlar el patrón de poder de dispersión. A su vez, el uso de la remodelación láser nos ayuda a cambiar de manera precisa y rápida las propiedades ópticas de tales estructuras y tal vez incluso a registrar información con una densidad extremadamente alta ", concluye Dmitry Zuev, autor principal deestudio e investigador en el Departamento de Nanofotónica y Metamateriales de la Universidad ITMO.
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Materiales proporcionados por Universidad ITMO . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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