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新加坡开发出全新“一站式”电子-等离子体激元信号转换器新技术
2017-10-26


[据物理学组织网站20171020日报道] 近日,新加坡国立大学的研究人员开发出全新“一站式”电子-等离子体激元转换器,可利用等离子体激元的高速和小尺寸优势进行高频数据处理和传输。研究发表于《自然光子学》杂志。



纳电子学将纳米技术融入电子元器件制造,近些年,在电子器件日益增长的快速、小型化、智能化发展需求的持续推动下,取得了长足的进步和丰富的成果。计算机、存储器、显示器和医疗诊断装置等电子设备性能不断提升。



虽然,很多先进电子设备中都应用了利用光子进行信息传输的光学器件,但由于光学器件的尺寸通常很大,极大地限制了其在先进纳电子系统中的应用。



等离子体激元是受光子激发后在金属表面产生的电子波,尺寸更小、速度接近光速。等离子体激元独一无二的特性使其更适合纳电子学集成,在纳电子学颠覆性技术开发领域具有巨大的应用潜力。然而,过去以等离子体激元作为信息载体的研究尝试鲜有成功。



新加坡国立大学开发的新型转换器,可将等离子体激元尺寸小、速度快等优越特性用于纳电子系统,进行高频率数据处理和传输。该转换器只需一步就可将电信号直接转换为等离子体激元信号,反之亦然。该研究成果将等离子体学和纳米电子学融合在一起,成功填补了等离子体激元在纳电子学领域应用的技术空白,有望制造出速度更快、功耗更低的芯片。新型电子-等离子体激元转换器仅为普通光学器件尺寸的一万分之一。研究人员表示,该转换器很容易与现有技术进行集成,未来将具有广阔的应用前景。



绝大多数的等离子体技术激发等离子体激元都需要两步——先利用电子产生光,然后再激发等离子体激元。为了实现电信号和等离子体激元信号间的一步转换,新加坡国立大学的研究人员采用了“隧道技术”,电子通过“隧道”从一个电极转移到另一个电极激发等离子体激元。比起耗时、低效的两步骤方案,新方案的优势十分明显:无需耗费额外的精力用数量众多、体积巨大、结构复杂的光学器件制造成光源并与纳电子器件进行集成。研究人员通过实验验证,新型等离子体激元-电子转换器的转换效率超过10%,比传统方法提升了1000多倍。



该项开创性研究工作是与新加坡最大的科学研究机构A*STARAgency for Science, Technology and Research)合作完成的。研究人员计划进一步研发出尺寸更小、频率更高的转换器,并与效率更高的等离子体激元波导集成,以便获得更高性能。(工业和信息化部电子第一研究所 
李铁成)



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