Os guias de ondas plasmônicas abrem a possibilidade de desenvolver dispositivos ópticos dramaticamente miniaturizados e fornecem uma rota promissora para a próxima geração de circuitos nanofotônicos integrados para processamento de informação, computação óptica e outros. Os principais elementos dos circuitos nanofotônicos são roteadores e moduladores plasmônicos comutáveis.

Recentemente, Dr. Joachim Herrmann (MBI) e seus colaboradores externos desenvolveram novos conceitos para a realização de tais nanodispositivos. Eles investigaram a propagação de polaritons plasmônicos de superfície (SPP) em guias de ondas magneto-plasmônicas. Com base nos resultados deste estudo, eles propuseram novas variantes de roteadores magneto-plasmônicos comutáveis ​​e moduladores de disco magneto-plasmônico para várias funcionalidades nanofotônicas. Em um guia de onda com base em uma película de metal com uma espessura excedendo a profundidade da pele e rodeada por um dielétrico ferromagnético, um campo magnético externo na direção transversal pode induzir uma assimetria espacial significativa de distribuição de modo de polaritons de plasmon de superfície (SPP). A superposição dos modos assimétricos ímpar e par ao longo de uma certa distância leva a uma concentração da energia em uma interface, que é comutado para a outra interface por inversão do campo magnético.

A magnitude de magnetização solicitada é exponencialmente reduzida com o aumento da espessura do filme metálico. Com base neste fenômeno, o grupo propôs um novo tipo de roteadores plasmonic comutáveis ​​integrados por guia de ondas e controlados magneticamente. Uma configuração de tal nanodispositivo é mostrada na Fig. 1, consistindo em um guia de onda metálico em forma de T rodeado por um dielétrico ferromagnético sob um campo magnético externo induzindo uma magnetização M. Na Fig. 2, os resultados numéricos para a propagação do plasmon resolvendo a equação de Maxwell mostram a troca de canal pela reversão do campo magnético com um contraste alto de 99 por cento dentro da largura de banda óptica de dezenas de THz. Aqui, g é a rotação g =χM, χ é a susceptibilidade magneto-óptica e g0 é uma rotação característica solicitada para induzir uma assimetria de modo significativa. A reversão do campo magnético por circuitos eletrônicos integrados pode ser realizada com uma taxa de repetição na região GHz. Observe que até agora, há poucos trabalhos relatando a realização de roteadores plasmônicos comutáveis ​​baseados em nanofios de prata ramificados controlados pela polarização da luz de entrada.

Em um segundo artigo, o grupo propôs e estudou um novo tipo de modulador plasmônico ultrapequeno baseado em um guia de onda de metal isolador e um disco magneto-óptico acoplado lateralmente controlado por um campo magnético externo (ver Fig.3). A mudança do número de onda e a transmissão de polaritons de plasmon de superfície (SPPs) podem ser ajustados alterando o campo magnético. A ativação / desativação reversível dos modos SPP em execução por uma reversão da direção do campo magnético externo é demonstrada. O aumento ressonante da modulação magneto-plasmônica em mais de 200 vezes leva a uma taxa de contraste de modulação de mais de 90 por cento, mantendo uma perda de inserção moderada dentro de uma largura de banda óptica de centenas de GHz. Simulações numéricas pela solução das equações de Maxwell confirmam as previsões pelas fórmulas analíticas derivadas de uma modulação magneto-plasmônica de alto contraste. A Fig. 4 mostra a distribuição dos componentes do campo magnético dos SPPs em uma rotação g =0,03 eg =-0,03, respectivamente. Como pode ser visto ao mudar a direção do campo magnético externo, a transmissão dos SPPs é comutada de um estado desligado para um estado ligado por meio do padrão de interferência alterado no guia de ondas.