Os cientistas da EPFL descobriram como a transmissão do sinal óptico pode ser controlada, pavimentando o caminho para a integração de plasmonics com circuitos eletrônicos convencionais.
Quando a luz atinge um metal sob certas circunstâncias, ele gera uma onda de densidade dos elétrons em sua superfície, como jogar uma pedra na água. Esta onda é chamada de plasmon, e é pequeno e rápido, ocorrendo em frequências ópticas. Plasmonics, o estudo de plasmons, ganhou um enorme interesse em todo o mundo, pois pode oferecer uma maneira de conectar circuitos eletrônicos e ópticos em tecnologias como computadores, criando processadores super-rápidos. Contudo, integrar plasmônicos com circuitos eletrônicos regulares requer a habilidade de controlar os plasmons. Em um emocionante Nano Letras publicação, Cientistas da EPFL em colaboração com o Instituto Max Plank descobriram como os plasmons podem ser controlados em termos de energia e espaço.
As fibras ópticas já mudaram a forma como nos comunicamos, usando luz para transmitir dados digitais e grandes larguras de banda e em longas distâncias, mas requerem "fios" relativamente volumosos que são essencialmente tubos de quatro camadas com interiores reflexivos. Por outro lado, os fios elétricos são mais finos e fáceis de fabricar, mas transmita dados em uma taxa muito mais baixa. Os plasmônicos têm o potencial de conectar a óptica com a eletrônica e combinar seus benefícios sem suas desvantagens.
A ideia é simples:usar luz para codificar e transmitir dados em frequências ópticas através da superfície de um fio elétrico convencional. Muitas vezes referido como "luz em um fio", plasmonics tornou-se um campo de rápido crescimento que promete muitas novas tecnologias empolgantes. Isso inclui biossensores extremamente sensíveis, telecomunicações aprimoradas significativamente e uma nova geração de processadores de computador que podem operar em velocidades ultra-rápidas. Uma vez que os plasmons são ondas de elétrons superficiais excitados, em vez de movimento de partículas reais, a transmissão plasmônica pode ser ordens de magnitude mais rápida do que a transmissão eletrônica.
Cientistas do Centro Max-Planck-EPFL para Nanociência e Tecnologia Molecular nos trouxeram um passo mais perto de uma era de plasmônica, mostrando que os orbitais moleculares da superfície de um metal agem como minúsculas portas que podem controlar os plasmons energética e espacialmente. O maior obstáculo na integração de plasmonics em circuitos eletrônicos convencionais é que os protótipos dos dispositivos precisam ser nanoconstruídos. Isso significa que eles requerem interfaces controláveis entre nanoeletrônica e nano-óptica. Os pesquisadores descobriram que a solução está nos orbitais moleculares individuais:funções matemáticas que descrevem as nuvens de elétrons que se formam quando os átomos se unem em uma molécula.
Liderado por Klaus Kern, a equipe usou um microscópio de tunelamento de varredura (STM) para examinar complexos de irídio resfriados a uma temperatura zero absoluta (5 graus Kelvin). A microscopia STM explora o tunelamento de elétrons de uma superfície de metal para uma ponta metálica muito afiada que pode ser digitalizada sobre a superfície do metal. A caminho da ponta, alguns dos elétrons perdem energia. Essa energia excita oscilações (plasmons) na superfície do metal e na ponta e pode ser observada pela emissão de luz em um detector óptico.
Os dados da equipe mostraram que a excitação de plasmons pode ser ativamente controlada por uma única molécula. Estudando um complexo de irídio, eles descobriram que seus orbitais moleculares - efetivamente os níveis de energia específicos - agem como minúsculas portas que determinam a geração de plasmons tanto energética quanto espacialmente, até mesmo em áreas menores do que a própria molécula. Na verdade, em moléculas cuja estrutura de elétrons é conhecida, tanto a energia quanto a localização das oscilações geradas podem ser previstas, o que significa que agora é possível controlar a geração de plasmons no nível de uma única molécula.
Os cientistas acreditam que este fenômeno não se restringe apenas ao complexo de irídio, mas também deve se aplicar a outras moléculas orgânicas. A descoberta terá um impacto significativo no design de futuros dispositivos baseados em plasmon, à medida que abre o caminho para controlar a excitação elétrica de nanoestruturas plasmônicas até, e mesmo abaixo, o nível de uma molécula individual, e pode permitir a integração direta de nanoestruturas plasmônicas em circuitos eletrônicos convencionais.
