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Themen Umfaßt
Hintergrund
Einleitung
Informationen und Energie-Transport auf dem Nanometer-Niveau
Optische Verbindungen zwischen Nanodevices
Metall Nanostructures
Nachforschender Oberflächenplasmon-c$polaritons, der Optische Mikroskopie Nearfield Scannt
Bestimmung der Wellenlängen von Oberflächenplasmon-c$polaritons
Zusammenfassung
Hintergrund
WITec ist ein Hersteller der leistungsstarken Instrumentierung für die wissenschaftlichen und industriellen Anwendungen, die auf neue Lösungen für Optische und Scannen-Sonden-Mikroskopie gerichtet werden.
Einleitung
Die Forschung der Nanoscale-Elektronik und der Photonics-Gruppe Profs Brongersma an der Universität von Stanford wird auf die Herstellung und die Kennzeichnung von Nanometer-groß elektronischen und optischen Geräten gerichtet. Auf diesem Gebiet forscht Prof Brongersma die optischen Eigenschaften von metallischen nanostructures nach. Diese Strukturen nutzen die einzigartigen Eigenschaften von Plasmonerregung auf metallischen Oberflächen aus, um die Möglichkeit der Begrenzung, des Übertragens und der Manipulierung des Lichtes auf einer Skala zur Verfügung zu stellen, die der Vorfallphotonen weit kleiner als die Wellenlänge ist.
Informationen und Energie-Transport auf dem Nanometer-Niveau
Für zukünftige Entwicklungen in der Nanotechnologie, ist es wesentlich, Kommunikationskanäle zur Verfügung zu stellen, die Steuerinformations- und Energietransport auf dem Nanometerniveau erlauben. Der Entwurf eines dichten Netzes von elektronischem verbindet untereinander sich, das die enormen Anzahlen von nanoscale Geräten auf einem Chip zusammen verbinden kann ist keine triviale Aufgabe. Reduzierungen in der Neigung und im Querschnitt von metallischem verbindet sich verursacht lokale Heizung und eine Zunahme der RC-Zeitkonstante (Verzögerung) von verbundenen Strukturen untereinander.
Optische Verbindungen zwischen Nanodevices
Optische Verbindungen weisen nicht solche Probleme auf. Außerdem haben optische Verbindungen eine Tragfähigkeit der viel höheren Informationen wegen ihrer höheren Arbeitsfrequenz. Leider schrauben herkömmliche optische Verbindungen nicht gut herunter. Die Reduzierung an Größe von dielektrischen optischen Komponenten wird grundlegend durch die Beugungsgrenze auf Licht begrenzt. Die Lieferung eines Mechanismus, der optische Verbindung mit einzelnen nanodevices über dem Grenzsatz hinaus durch Beugung erlaubt, würde ungeheuer die informationsverarbeitenden Fähigkeiten von nanoscale Strukturen erweitern.
Metall Nanostructures
Metall-nanostructures besitzen häufig genau die richtige Kombination von elektronischen und optischen Eigenschaften, um diese Fragen anzupacken, um den Traum von erheblich schnelleren Verarbeitungsgeschwindigkeiten zu verwirklichen. Die Metalle, die in der elektrischen Verbindung wie Cu und Al allgemein verwendet sind, erlauben die Erregung von Oberflächenplasmon-polaritons (SPPs). SPPs sind elektromagnetische Wellen, die entlang einer Metallnichtleiter Schnittstelle fortpflanzen und werden zu den freien Elektronen im Metall verbunden.
Nachforschender Oberflächenplasmon-c$polaritons, der Optische Mikroskopie Nearfield Scannt
Um diese nachzuforschen benutzt Oberflächen (SPPs)plasmon-polaritons, die Gruppe von Prof Brongersma das WITec-Scannen nearfield optische Mikroskop alpha300 S. Für Experimente auf plasmonic Wellenleitern, hat die Nanoscale-Elektronik und die Photonics-Gruppe bei Stanford das alpha300 S in ein Photonscannen-Tunnelbaumikroskop geändert (PSTM). Im PSTM kann SPPs entlang einem Metallbau oder einer Verbindung aufgeregt sein, indem es einen Erregungslaser auf die Struktur unter Verwendung eines Mikroskopziels richtet. Die Ausbreitung des SPPs kann unter Verwendung einer microfabricated SNOM-freitragenden Sonde WITec abgebildet sein. Diese Sonden haben eine Unterwellenlänge Öffnung (ungefähr 50 Nanometer Durchmesser) an der Spitze einer hohlen Pyramidenspitze, durch die Licht auf einen Fotodetektor gestreut werden, gesammelt werden und dann gerichtet werden kann, wie ein Fotovervielfacherrohr. Das ermittelte Signal liefert ein Maß der lokalen Lichtstärke direkt unter die Spitze, und indem sie die Spitze über der Metalloberfläche scannt, kann die Ausbreitung von SPPs abgebildet sein. Die optische Entschließung, die mit dem alpha300 S erreichbar ist, ist im Bereich von 50 - 100 Nanometer.
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Tabelle 1. A) SEM-Bild eines Aufilmes, in den ein Bragg-Gitter unter Verwendung einer FLUNKEREI fabriziert worden ist. (b) PSTM-Bild einer SPP-Welle gestartet entlang das Metallschicht in Richtung zum Bragg-Gitter. Die hintere Reflexion der SPP von den kratzenden Ergebnissen Bragg in der Beobachtung eines stehenden Interferenzmusters.
Bestimmung der Wellenlängen von Oberflächenplasmon-c$polaritons
Die Operation des alpha300 S in PSTM-Modus kann veranschaulicht werden, indem man die Ausbreitung von SPPs auf einem kopierten Aufilm nachforscht (Fig. 1a). Hier wurde ein fokussierter Ionen (FIB)strahl benutzt, um eine Reihe parallele Nuten zu definieren, die als Bragg-Gitter dienen, SPP-Wellen zu reflektieren. Fig. 1b-Shows ein PSTM-Bild einer SPP-Welle aufgeregt mit einem 780 Nanometer Wellenlängenlaser und auf das Bragg-Gitter gerichtet. Die hintere Reflexion der SPP von den kratzenden Ergebnissen im stehenden Interferenzmuster beobachtet im Bild. Von dieser Art des Experimentes, kann die Wellenlänge von SPPs in einer direkten Art bestimmt werden und mit Theorie verglichen werden.
Elektronenstrahllithographie ist verwendet worden, um 55 starke Austreifen Nanometers auf einem Objektträger2 SiO mit den Streifenbreiten zu erzeugen, die von 50 Nanometer bis zu µm 5 reichen. Austreifen sind für grundlegende Wellenleiterverkehrsuntersuchungen, da sie einfach zu fabrizieren sind, oxidieren nicht und aufweisen eine qualitativ ähnliche plasmonic Antwort zum Cu ideal und Al Fig. 2a zeigt einen optischen Mikrographen eines typischen Gerätes, das aus einem großen Aubereich besteht, von dem SPPs auf Metallstreifen der unterschiedlichen Breite gestartet werden kann. Ein Rasterelektronenmikroskopie (SEM)bild eines 250 Nanometer breiten Streifens wird als Einfügung gezeigt. Der rote Pfeil zeigt schematisch, wie Licht von einer fokussierten Laser-Stelle in einen 1 µm breiten Streifen gestartet wird. FIGS. 2b, 2c und 2d Bilder der Show PSTM von SPPs aufgeregt bei 780 Nanometer und Fortpflanzung entlang µm 3,0 µm, 1,5 und 0,5 µm breite Austreifen, beziehungsweise. Der 3,0 µm breite Streifen kann benutzt werden, um Signale über einigen zehn Mikrons zu verbreiten.
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Tabelle 2. (a) Optisches Mikroskopiebild eines SiO-2 Substrates mit einer Reihe Austreifen befestigt zu einem großen Launchpad erzeugt durch Elektronenstrahllithographie. Der rote Pfeil veranschaulicht das Starten von SPP in einen 1 µm breiten Streifen. (b, c und d) PSTM-Bilder von SPPs aufgeregt bei 780 Nanometer und Fortpflanzung entlang µm 3,0 µm, 1,5 und 0,5 µm breite Austreifen, beziehungsweise.
Zusammenfassung
Wenn das alpha300 S im PSTM-Modus verwendet ist, ist es zu Bild SPP-Ausbreitung direkt in den plasmonic Strukturen und in den Geräten der komplexeren Architektur möglich, ihr Verhalten zu bestimmen. Dieses ist zu typischen Kennzeichnungsverfahren für photonische Geräte ziemlich unterschiedlich, in denen das Gerät als Flugschreiber mit Input- und Ausgabebausteinen gesehen wird. In solchen Fällen wird die Gerätoperation von den Antworten geschlossen, die an den Ausgabebausteinen zu den verschiedenen Anregungen gemessen werden, die an den Inputhäfen bereitgestellt werden. Das PSTM stellt einen klaren Vorteil von der Lieferung einer direkten Methode, um die inneren Funktionen von plasmonic Geräten zu beobachten zur Verfügung und bietet einen flüchtiger Blicken flüchtigen Blick innerhalb des Kastens an.