Zwitserse wetenschappers hebben een digitale schakeling op atoomniveau gemaakt. Het gaat om een optische modulator die op basis van een enkel zilveratoom kan functioneren. De switch werkt nog niet snel en is lastig te maken, maar dat willen de wetenschappers verbeteren.
Het onderzoeksteam van de Eidgenössische Technische Hochschule in Zürich spreekt van de kleinste geïntegreerde optische switch tot nu toe. De modulator is zelfs kleiner dan de golflengte van het licht dat het gebruikt, iets dat teamleider Juerg Leuthold, professor op gebied van Photonics and Communication, tot voor kort niet voor mogelijk hield.
De modulator bestaat uit twee kleine plaatjes, een van zilver en een van platina. Die zijn op een optisch lichtpad van silicium geplaatst, waarbij ze slechts enkele nanometers naast elkaar staan. Het zilveren plaatje heeft bovendien een uitstulping tot vlak naast het platina waardoor een minuscule doorgang overblijft. De onderzoekers leiden vervolgens licht met een glasvezel naar de doorgang op het lichtpad.
Onder invloed van het licht worden bij het scheidingsvlak van het zilver en platina plasmonen gevormd. De collectieve trilling van de elektronen oscilleert daarbij op de frequentie van het licht, maar met een veel kleinere amplitude. Hierdoor passen de elektronenoscillaties door de kleine doorgang, en aan het andere einde kunnen ze weer omgevormd worden in optische signalen.
Om het systeem te laten schakelen, dient een spanning te worden aangebracht op het zilveren plaatje. Dit zorgt ervoor dat een enkel zilveratoom, of op zijn hoogst enkele atomen, zich naar de punt van de doorgang begeven en het zilveren en platina plaatje met elkaar verbinden, waardoor er een elektrische stroom door kan. Zodra de spanning wordt teruggebracht, keert het atoom terug en is de doorgang weer vrij voor de plasmonen. Op deze manier ontstaat een aan- en uitschakeling die volgende onderzoekers miljoenen keren gebruikt kan worden.
"Dit stelt ons in staat een digitale schakeling te maken, zoals bij een transistor", stelt Leuthold. De switch werkt op kamertemperatuur maar functioneert voor een modulator nog wel traag: op megahertz-niveau of lager. Bovendien slaagt de productie van het systeem slechts een op de zes keer. Het team wil nu toewerken naar gebruik op terahertz-niveau en het lithografieprocedé verbeteren. Binnen enkele jaren moet een praktische uitwerking gereed zijn.
Het onderzoek van de ETH Zürich is onder de noemer Atomic Scale Plasmonic Switch gepubliceerd in Nano Letters.
Wetenschap
. Gezien deze een elektrische input heeft kan je eigenlijk überhaupt heel moeilijk spreken over maximale snelheid imo.
