Plazmoniczny przełom

Szwajcarskim i niemieckim naukowcom udało się dokonać przełomowego odkrycia na gruncie plazmoniki. Pomoże ono zintegrować elektronikę z systemami optycznymi. Ta dziedzina wiedzy cieszy się olbrzymim zainteresowaniem, gdyż może w znaczący sposób zmienić sposób budowy komputerów.

Plazmonika to gałąź nauki badający plazmony. Pojawiają się one gdy, w pewnych szczególnych warunkach światło uderzy w metal. Powstaje wówczas gęsta fala pobudzonych elektronów. Jest ona bardzo mała i szybko się porusza. To właśnie plazmon. Aby wyobrazić sobie, w jaki sposób można ją wykorzystać, wystarczy przywołać w pamięci wygląd światłowodów i kabli elektrycznych. Te pierwsze pozwalają na bardzo szybkie przesyłanie danych, ale są grube i sztywne. Kable elektryczne są znacznie cieńsze i łatwiejsze w produkcji, jednak przekazują dane znacznie wolniej niż światłowody. Plazmonika daje nadzieję na szybkie przesyłanie danych - w postaci błyskawicznie poruszających się plazmonów - za pośrednictwem kabli elektrycznych. Pozwoliłaby na wykorzystanie światła do kodowania, odkodowywania i przesyłania sygnałów. To z kolei niezwykle przyspieszy komputery. Nie tylko komunikację w sieciach, ale komunikację pomiędzy poszczególnymi podzespołami maszyny oraz same procesy obliczeniowe, gdyż mogłyby powstać plazmoniczne procesory. Problem jednak w tym, że aby wykorzystać plazmony, trzeba nauczyć się je kontrolować.

Naukowcy ze wspólnego laboratorium nanotechnologii założonego przez niemiecki Instytu Maksa Plancka i szwajcarską Politechnikę Federalną w Lozannie dowiedli, że orbitale molekularne na powierzchni metalu działają jak małe bramki, które pozwalają na kontrolowanie energii i położenia plazmonów. Innymi słowy, orbitale molekularne, czyli funkcje opisujące stan chmur elektronowych w cząsteczce, mogą posłużyć jako kontrolowalny interfejs pomiędzy nanoelektroniką a nanooptyką.

Zespół pracujący pod kierunkiem Klausa Kerna wykorzystał skaningowy mikroskop tunelowy do tunelowania elektronów z powierzchni metalu - był nim schłodzony do 5 kelwinów związek irydu - do czubka sondy. Niektóre z elektronów traciły energię, a to pobudzało plazmony na powierzchni metalu i czubku sondy. Plazmony emitowały światło, które można było wykryć.

Naukowcy wykazali, że pobudzenie plazmonów może być kontrolowane przez pojedynczą molekułę, a kontroli podlegają obszary o powierzchni mniejszej niż sama molekuła. Co więcej, w molekułach o znanej strukturze elektronów można przewidzieć zarówno lokalizację oraz energię plazmonów. To oznacza, że możliwe jest kontrolowanie plazmonów na poziomie pojedynczej molekuły.

Naukowcy uważają, że podobne zjawisko występuje w wielu molekułach, nie tylko związkach irydu.

plazmon molekuła optyka elektronika plazmonika