Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Konzepte für neue schaltbare plasmonische Nanobauteile

06.08.2018

Ein Nanometer magneto-plasmonischer Router und ein magneto-plasmonischer Scheiben Modulator hohen Kontrasts, die durch ein äußeres magnetisches Feld gesteuert werden.

Plasmonische Wellenleiter eröffnen die Möglichkeit zur Entwicklung dramatisch verkleinerter optischer Bauteile und liefern eine vielversprechende Route zu zukünftigen Technologien für integrierte Schaltkreise für die Informationsverarbeitung, für optisches Computing und andere. Hauptelemente von nanophotonischen Schaltkreisen sind steuerbare Router und plasmonische Modulatoren.


Schema eines schaltbaren plasmonischen Routers, der aus einem T-geformten metallischen Wellenleiter besteht. Abb. MBI


Numerische Ergebnisse für die Verteilung der SPP Intensität. Abb. MBI

Kürzlich entwickelte Dr. Joachim Herrmann vom MBI in Kooperation mit auswärtigen Partnern neue Konzepte für die Realisierung solcher Nanobauteile. Sie untersuchten die Ausbreitung von Oberflächen-Plasmon-Polaritonen (SPPs) in magneto-plasmonischen Wellenleitern.

Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie schlugen sie neue Varianten von steuerbaren magneto-plasmonischen Routern und magneto-plasmonischen Scheibenmodulatoren für verschiedene Funktionalitäten vor.

In einem Wellenleiter, der aus einem metallischen Film mit einer Dicke, die die Skin-Tiefe übertrifft, und von einem ferromagnetischen dielektrischen Material umgeben ist, bewirkt ein äußeres magnetisches Feld eine räumliche Asymmetrie der Modenverteilung von Oberflächen-Plasmon-Polaritonen (SPP).

Die Überlagerung der geraden und der ungeraden Moden führt nach einer bestimmten Ausbreitungslänge zu einer Konzentration der SPP-Energie auf eine Oberfläche der metallischen Schicht, die auf die entgegengesetzte Oberfläche durch die Änderung der Richtung des magnetischen Feldes umgeschaltet werden kann. Basierend auf diesem Phänomen schlägt die Gruppe einen neuen Typ eines Wellenleiter-integrierten magnetisch gesteuerten umschaltbaren Routers vor.

Ein Schema eines solchen Nanobauteils ist in Abb. 1 dargestellt, das aus einem T-geformten metallischen Wellenleiter besteht, der von einem ferromagnetischen dielektrischen Material umgeben ist und unter der Wirkung eines äußeren zu einer Magnetisierung M führenden magnetischen Feldes steht. In Abb. 2 sind die Ergebnissse einer numerischen Lösung der Maxwell Gleichungen für die SPP Ausbreitung in dieser Struktur dargestellt.

Wie zu sehen ist, bewirkt eine Richtungsänderung des magnetischen Feldes eine Kanal-Umschaltung mit 99% Kontrast innerhalb einer optischen Bandbreite von 10 THz. Hier ist g die Gyration g=χ M, χ ist die magneto-optische Suszeptibilität und g0 eine charakteristische Gyration, die für eine bedeutsame Modenasymmetry notwendig ist.

Eine Richtungsänderung des magnetischen Feldes kann durch integrierte elektrische Schaltkreise mit einer Wiederholungsrate im GHz Bereich erzeugt werden. Bisher wurde nur in wenigen Artikeln über eine Realisierung von umschaltbaren plasmonischen Routern berichtet, die auf verzweigten Silberdrähten basieren und durch die Plarisation des einfallenen Lichts gesteuert werden.

In einer zweiten Publikation schlug die Gruppe eine neue Variante eines Nanometer plasmonischen Modulators vor, der aus einem Metall-Isolator-Metall Wellenleiter und einem seitlich angekoppelten magneto-optischen Scheibenresonator beruht und durch ein äußeres magnetisches Feld gesteuert wird (siehe Abb. 3).

Eine Änderung der Wellenzahl und der Transmission von SPP Moden kann durch eine Änderung des magnetischen Feldes bewirkt werden. Ein/Aus Umschaltung von laufenden SPP Moden durch dieses Bauteil infolge einer Richtungsumkehr des magnetischen Feldes wird durch die numerische Lösung der Maxwell Gleichungen demonstrier.

Eine Resonanzüberhöhung der magneto-optischen Modulation von mehr als einem Faktor von 200 führt zu einer Kontrastrate von mehr als 90% bei einer moderaten Durchgangsdämpfung innerhalb einer Bandbreite von mehr als 100 GHz. Abb.4 zeigt die Verteilung der magnetischen Feldkomponente der SPP Moden bei einer Gyration von g=0.03 und g=-0.03. Wie zu sehen ist, führt eine Änderung der Richtung des äußeren magnetischen Feldes infolge der Änderung des Interferenzmusters von einem "Aus" zu einem "An"-Zustand des magneto-plasmonischen Modulators.

Die komplette Pressemitteilung mit allen vier Abbildungen und vollständigen Bildunterschriften finden Sie hier:
http://www.mbi-berlin.de/de/current/index.html#2018_08_02

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Weitere Informationen:
Dr. Joachim Herrmann, Tel.: 030 6392 1278

Originalpublikation:

Originalpublikation:
Kum-Song Ho, Song-Jin Im, Ji-Song Pae, Chol-Song Ri, Yong-Ha Han and Joachim Herrmann
"Switchable plasmonic routers controlled by external magnetic fields by using magneto-plasmonic waveguides"

[1]Scientific Reports (2018) 8:10584 /DOI:10.1038/s41598.018.28567.8

Ji-Song Pae, Song-Jin IM, Kum-Song Ho, Chol-Song Ri, Sok-Bong Ro and Joachim Herrmann
"Ultracompact high-contrast magneto-optical disk resonator side-coupled to a plasmonic waveguide and switchable by an external magnetic field".

[2] Phys. Rev. B 98, 041406 (R) (2018).

Saskia Donath | Forschungsverbund Berlin e.V.
Weitere Informationen:
http://www.fv-berlin.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Neue faltbare Drohne fliegt durch enge Löcher zu Einsturzopfern
12.12.2018 | Universität Zürich

nachricht Mixed Reality für die Industrie: Hochschulen und Industrieunternehmen entwickeln gemeinsam
10.12.2018 | Fachhochschule St. Pölten

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tödliche Kombination: Medikamenten-Cocktail dreht Krebszellen den Saft ab

Zusammen mit einem Blutdrucksenker hemmt ein häufig verwendetes Diabetes-Medikament gezielt das Krebswachstum – dies haben Forschende am Biozentrum der Universität Basel vor zwei Jahren entdeckt. In einer Folgestudie, die kürzlich in «Cell Reports» veröffentlicht wurde, berichten die Wissenschaftler nun, dass dieser Medikamenten-Cocktail die Energieversorgung von Krebszellen kappt und sie dadurch abtötet.

Das oft verschriebene Diabetes-Medikament Metformin senkt nicht nur den Blutzuckerspiegel, sondern hat auch eine krebshemmende Wirkung. Jedoch ist die gängige...

Im Focus: Lethal combination: Drug cocktail turns off the juice to cancer cells

A widely used diabetes medication combined with an antihypertensive drug specifically inhibits tumor growth – this was discovered by researchers from the University of Basel’s Biozentrum two years ago. In a follow-up study, recently published in “Cell Reports”, the scientists report that this drug cocktail induces cancer cell death by switching off their energy supply.

The widely used anti-diabetes drug metformin not only reduces blood sugar but also has an anti-cancer effect. However, the metformin dose commonly used in the...

Im Focus: New Foldable Drone Flies through Narrow Holes in Rescue Missions

A research team from the University of Zurich has developed a new drone that can retract its propeller arms in flight and make itself small to fit through narrow gaps and holes. This is particularly useful when searching for victims of natural disasters.

Inspecting a damaged building after an earthquake or during a fire is exactly the kind of job that human rescuers would like drones to do for them. A flying...

Im Focus: Neuartige Lasertechnik für chemische Sensoren in Mikrochip-Größe

Von „Frequenzkämmen“ spricht man bei speziellem Laserlicht, das sich optimal für chemische Sensoren eignet. Eine revolutionäre Technik der TU Wien erzeugt dieses Licht nun viel einfacher und robuster als bisher.

Ein gewöhnlicher Laser hat genau eine Farbe. Alle Photonen, die er abstrahlt, haben genau dieselbe Wellenlänge. Es gibt allerdings auch Laser, deren Licht...

Im Focus: Topological material switched off and on for the first time

Key advance for future topological transistors

Over the last decade, there has been much excitement about the discovery, recognised by the Nobel Prize in Physics only two years ago, that there are two types...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

ICTM Conference 2019 in Aachen: Digitalisierung als Zukunftstrend für den Turbomaschinenbau

12.12.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Januar und Februar 2019

11.12.2018 | Veranstaltungen

Eine Norm für die Reinheitsbestimmung aller Medizinprodukte

10.12.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Biofilme generieren ihre Nährstoffversorgung selbst

12.12.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Tanz mit dem Feind

12.12.2018 | Physik Astronomie

Künstliches Perlmutt nach Mass

12.12.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics