A Grazi Műszaki Egyetem (TU Graz), a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont (HUN-REN Wigner FK) és az ELI-ALPS Lézeres Kutatóintézet (ELI-ALPS) munkatársai olyan új nanooptikai eszközt fejlesztettek ki, amely képes ultragyors optikai jelek nanométeres felületi struktúrák mentén történő továbbítására, új utat nyitva ezzel a még gyorsabb és egyben miniatürizált optoelektronikai eszközök jövőbeli létrehozásához. Az eredményt a nanotudomány vezető nemzetközi folyóirata, a Nano Letters közölte.
Napjainkban egyre több használati eszköz tartalmaz mikroelektronikai alkatrészeket vagy valamilyen mikroszámítógépet. Ezeknek az eszközöknek a sebessége azonban az alkalmazott technológiából adódóan korlátozott. A kutatók ezért olyan megoldásokat keresnek, amelyekkel megnövelhető a jelenleg használt elektronikai áramkörök sebessége. Ígéretes iránynak tűnik a fény használata az információtovábbításra, hiszen elektromágneses tere nagyságrendekkel gyorsabban változik, mint a leggyorsabb mikroelektronikai kapcsolók kapcsolási sebessége. Az olyan hagyományos fotonikai eszközök azonban, mint például az optikai szálak, a miniatürizálás szempontjából korlátozottak, ugyanis a fényelhajlás miatt nem lehet tetszőlegesen kis méretű fotonikai alkatrészeket gyártani.
Információtovábbító eszközök gyorsasága és mérettartománya: a plazmonikus eszközök a jövőben egyesíthetik a gyorsaságot és a miniatürizálhatóságot
A TU Graz, a HUN-REN Wigner FK és az ELI-ALPS és együttműködésében most kifejlesztett nanooptikai elven működő hullámvezető egyesíti a gyorsaságot és a miniatürizálhatóságot. Az új eszköz működésének lényege, hogy egy nanométeres mérettartományba eső fémstruktúrában annak ultrarövid lézerfelvillanásokkal történő megvilágítása esetében a fém elektronjai a fény elektromágneses terének megfelelő gyorsaságú rezgésre kényszeríthetők. Ez a rezgés azután a fémfelület mentén hullámként tud tovább terjedni, éppen úgy, mint a vízhullámok egy tavon. Nagy kihívást jelent azonban, hogy az ultrarövid lézerfelvillanás időbeli hosszát a fémfelületi elektromágneses hullám is megőrizze.
Az osztrák és magyar kutatóknak most egy ennek az elvárásnak is megfelelő fémszerkezetet sikerült megtervezniük és elkészíteniük, amelyen ki tudták mutatni a valaha mért legrövidebb plazmonhullámot. A HUN-REN Wigner FK-n belül működő Ultragyors Nanooptika Lendület Kutatócsoportot irányító Dombi Péter, aki a szóban forgó kutatás magyarországi vezetője, elmondta: „Ez egy nagy előrelépés az ultragyors nanooptikai áramköri elemek fejlesztésében, ugyanis a fémfelületen terjedő jel megőrizte a 10 femtoszekundum alatti időbeli hosszat, ami 0,1 petahertz körüli kapcsolási gyorsaságot tesz lehetővé. A plazmonikai elvnek köszönhetően az átvitt optikai jel pedig akár nanométeres mérettartományokba is koncentrálható.”
Az ultrarövid lézerimpulzussal plazmonhullám indítható a felületi fémstruktúrán, melynek időbeli hossza egy második lézerimpulzussal és a fotoelektron-emissziós mikroszkóppal vizsgálható
További érdekesség a kutatás kapcsán, hogy mind Dombi Péternek, mind az együttműködő osztrák kutatócsoportot vezető Martin Schultzénak a friss Nobel-díjas Krausz Ferenc volt a témavezetője karrierjük kezdetén.