Gap yta plasmon

En gap yta plasmon (eller gap plasmon) är en styrd elektromagnetisk våg som fortplantar sig i ett transparent medium beläget mellan två extremt nära metalliska områden. Förökning i ett gap mellan metaller tvingar ljus att spridas delvis inuti de metalliska områdena, vilket gör att gapplasmonen saktar ner.

Hastigheten hos gap-plasmonen kan moduleras genom att ändra tjockleken på gapet även med några få nanometer.

Graf över utvecklingen av effektivt index beroende på gaptjocklek

En gap-plasmon är ett styrt läge, en lösning av Maxwells ekvationer utan källa. Det är den form under vilken ljus fortplantar sig inuti ett extremt tunt gap mellan två metaller (som har samma natur eller inte). Som gapplasmon kan den elektromagnetiska vågen fortplanta sig upp till fyra till fem gånger långsammare än i vakuum. Ett sådant styrt läge existerar endast för parallella till gränssnittets magnetfält (p-polarisation). Avståndet mellan det metalliska området måste vanligtvis vara mindre än 50 nm för att märkbart bromsa det guidade läget. GAP-plasmonen fortplantar sig faktiskt delvis inuti metallen: GAP-plasmonens fält penetrerar metallen till ett djup av typiskt 25 nm, kallat huddjupet. Ett långsamt styrt läge presenterar en kort effektiv våglängd och därmed en mycket stor vågvektor (noteras kx när vågen utbreder sig längs en Ox-axel). När tjockleken på det dielektriska området minskar, bromsas gap-plasmonen av metallen och dess effektiva index (liksom dess vågvektor) ökar, medan dess effektiva våglängd krymper.

Anordningar baserade på gap-plasmon, såsom resonatorer, uppvisar en typisk storlek som är av storleksordningen den effektiva våglängden. Gap-plasmonresonatorer har i allmänhet en reducerad storlek jämfört med ljusets våglängd i vakuum. En sådan miniatyrisering är särskilt eftertraktad inom plasmonik .

Ansökningar

• Gap plasmon resonatorer:

Gap plasmon resonatorer: kemiskt syntetiserade nanokuber

De kan erhållas genom självmontering av kemiskt syntetiserade nanokuber eller genom litografi. En GAP-plasmonresonator är en kavitet för det guidade läget: vågen reflekteras fram och tillbaka inuti resonatorn.

Sådana strukturer (se bild) uppvisar en mycket liten volym jämfört med våglängden i vakuum (som gör det möjligt att nå en mycket viktig Purcell-effekt). Sådana resonatorer kan sedan användas för att designa metasytor, tillverka reflektionshologram eller för subwavelength color printing.

Exempel: kemiskt syntetiserade silvernanokuber på ett guldskikt, åtskilda av polymer (se bild).

• Elektrooptiska modulatorer :

Elektrooptiska modulatorer är utformade för att modulera en ljussignal, dvs de modulerar på egenskaperna hos en ljusstråle (såsom dess våglängd, polarisationstillstånd eller intensitet) för att koda en signal. De gap plasmonbaserade modulatorerna är de minsta existerande modulatorerna. Förlusterna minskar tack vare denna lilla storlek. De arbetar över ett stort frekvensområde. Egentligen är den övre frekvensgränsen för sådana enheter för närvarande utom räckhåll för elektroniska mätenheter.