Nanoskaliger Photodetektor verspricht eine Verbesserung der Kapazität von photonischen Schaltkreisen: Forscher haben ein Gerät hergestellt, bei dem Licht mithilfe eines silbernen Nanodrahts einen Strom induzieren kann | 2020

Inhaltsverzeichnis:

Anonim

Jetzt haben Forscher der Universität von Rochester einen wichtigen Erfolg beim Schrumpfen photonischer Bauelemente unter die Beugungsgrenze gezeigt - ein notwendiger Schritt, um photonische Schaltungen mit der heutigen Technologie konkurrenzfähig zu machen. Die Wissenschaftler entwickelten einen nanoskaligen Fotodetektor, der mit dem üblichen Material Molybdändisulfid optische Plasmonen detektiert - Elektronenschwingungen unterhalb der Beugungsgrenze - und erfolgreich demonstrierte, dass Licht mithilfe eines Silbernanodrahts einen Strom treiben kann.

"Unsere Geräte sind ein Schritt in Richtung Miniaturisierung unterhalb der Beugungsgrenze", sagte Kenneth Goodfellow, Doktorand im Labor der Gruppe für Quantenoptoelektronik und optische Messtechnik am Institute of Optics der Universität von Rochester, New York. "Es ist ein Schritt in Richtung der Verwendung von Licht, um elektronische Schaltungen für eine schnellere Informationsübertragung zu betreiben oder zumindest zu ergänzen."

Das Team wird seine Arbeit am 22. Oktober 2015 auf der Frontiers in Optics, dem jährlichen Treffen und der Konferenz der Optical Society in San Jose, Kalifornien, USA, vorstellen.

Das Gerät baut auf früheren Arbeiten auf und zeigt, dass Licht entlang eines Silber-Nanodrahts als Plasmon übertragen und am anderen Ende erneut emittiert werden kann, das mit atomar dünnen Flocken aus Molybdändisulfid (MoS2) bedeckt ist. Bei erneuter Emission entsprach das Licht der Bandlücke von MoS2 und nicht nur der Wellenlänge des Lasers, was zeigt, dass die Plasmonen die Elektronen in MoS2 effektiv in einen anderen Energiezustand versetzten.

"Die nächste natürliche Idee wäre, zu prüfen, ob diese Art von Gerät als Fotodetektor verwendet werden kann", sagte Goodfellow.

Zu diesem Zweck transferierte die Gruppe einen an einem Ende mit MoS2 beschichteten Silbernanodraht auf ein Siliziumsubstrat und legte auf diesem Ende Metallkontakte mit Elektronenstrahllithographie ab. Anschließend schlossen sie das Gerät an Geräte an, um die Vorspannung oder die feste Spannung zu steuern und den Strom zu messen, der durch das Gerät fließt.

Wenn das unbedeckte Ende des Drahtes einem Laser ausgesetzt wurde, wurde die Energie in Plasmonen umgewandelt, eine Form von elektromagnetischen Wellen, die sich durch Schwingungen der Elektronendichte ausbreiten. Diese Energie regte ein Elektron elektronisch an, sobald es das Molybdändisulfid-bedeckte Ende erreichte, wodurch effektiv ein Strom erzeugt wurde.

Indem die Forscher den Draht Stück für Stück mit einem Laser abtasten - ein Verfahren, das als Rasterabtastung bezeichnet wird -, konnten sie den Strom an jedem Punkt entlang des Drahtes messen und dabei feststellen, dass er für die Polarisation des einfallenden Lichts empfindlich war und war am stärksten, wenn das Licht parallel zum Draht polarisiert wurde. Sie stellten auch fest, dass die Vorrichtung gegenüber der Anregungswellenlänge des Lasers empfindlich war und die Leistung bei kürzeren Wellenlängen aufgrund der ineffektiven Plasmonenausbreitung und bei längeren Wellenlängen aufgrund der Bandlücke von Molybdändisulfid begrenzt war.

"Vollphotonische Schaltkreise sind noch einige Zeit in der Zukunft, aber diese Arbeit hilft, den gegenwärtigen Aufwand zu decken", sagte Goodfellow.

Zukünftige Arbeiten für die Gruppe umfassen die Reduzierung potenzieller Kontaminationen in der Vorrichtungsmontage durch Übergang zu einer vollständigen Trockenübertragung von Drähten und MoS2 auf vorgefertigte Elektroden sowie eine bessere Kontrolle des MoS2-Dotierungsprozesses, um zusätzliche Ladungsträger hinzuzufügen und die Effizienz der Vorrichtung zu verbessern.