来自德国<s:1>茨堡大学的物理学家们展示了一种具有电调制表面特性的纳米大小的光天线——这一突破可能为更快的计算机芯片铺平道路。
今天的计算机在速度方面已经达到了物理极限。半导体元件通常以几兆赫兹的最大可用频率工作-相当于每秒数十亿次计算操作。因此，由于单个芯片的速度无法进一步提高，现代系统依赖于几个芯片来划分计算任务。然而，如果在计算机芯片中使用光(光子)而不是电(电子)，它们的速度可能会快1000倍。
等离子体谐振器，也被称为“光的天线”，是实现这种速度飞跃的一种有希望的方式。这些是纳米大小的金属结构，其中光和电子相互作用。根据它们的几何形状，它们可以与不同的光频率相互作用。
“挑战在于，等离子体谐振器还不能像传统电子产品中的晶体管那样被有效调制。这阻碍了快速光基开关的发展，”德国巴伐利亚州Julius-Maximilians-Universität (JMU) w
充电光学天线:德国维尔茨堡大学开辟新天地
JMU的一个研究小组与位于欧登塞的南丹麦大学(SDU)合作，在光天线调制方面迈出了重要的一步:它成功地实现了电控调制，为超高速有源等离子体指明了道路，从而为更快的计算机芯片指明了道路。这些实验发表在《科学进展》杂志上。
该团队没有试图改变整个谐振器，而是专注于改变其表面特性。这一突破是通过电接触单个谐振器实现的，一个由金制成的纳米棒——这个想法在概念上很简单，但只有在基于氦离子束和金纳米晶体的复杂纳米制造技术的帮助下才能实现。这种独特的制造方法是在JMU实验物理学(生物物理学)主席Bert Hecht教授的指导下建立的。带锁相放大器的精密测量技术对于检测谐振器表面上微小但重要的影响至关重要。
研究负责人Thorsten Feichtner博士解释说:“我们正在利用的效果与法拉第笼的原理相当。就像被闪电击中的汽车里的电子聚集在外面，车内的人是安全的一样，表面上的额外电子会影响谐振器的光学特性。”
惊人的量子效应
到目前为止，光学天线几乎总是可以被经典地描述:金属的电子只是停留在纳米粒子的边缘，就像水停留在港口的墙壁上一样。然而，w
为了解释这些量子效应，SDU欧登塞的理论家们开发了一个半经典模型。它将量子特性整合到表面参数中，以便使用经典方法进行计算。“通过扰乱表面的响应函数，我们将经典效应和量子效应结合起来，创造了一个统一的框架，促进了我们对表面效应的理解，”JMU物理学家卢卡·祖拉克(Luka Zurak)解释说，他是这项研究的第一作者。
具有巨大潜力的新研究领域
新模型可以重现实验，但目前尚不清楚金属表面涉及的众多量子效应中的哪一种。Thorsten Feichtner说:“但是通过这项研究，现在有可能第一次专门设计新的天线，并排除或放大单个量子效应。”
从长远来看，研究人员设想了更多的应用:更小的谐振器承诺具有高效率的光学调制器，这可以在技术上使用。此外，表面电子在催化过程中的影响也可以用该系统来研究。这将为能源转换和能源存储技术提供新的见解。
出版
单等离子体纳米谐振器中表面响应的电调制。Luka Zurak, Christian Wolf, Jessica Meier, ren
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