由英國、中國及德國科學家組成的研究團隊最近發展出一種新方法,利用超穎表面(metasurface)讓光與單方向的表面電漿子(surface plasmon polariton, SPP)耦合。這項技術或許有助於製作能以電流控制的電漿子線路(plasmonic circuit)。
SPP是光與金屬表面導電電子作用形成的準粒子,它們被強烈侷限在金屬表面。研究人員已經知道如何以光激發SPP,不過問題是激發出來的SPP能在金屬表面朝許多方向任意傳播,不容易駕御,因而限制了電漿子結構的應用性。
最近,上述由伯明罕大學的Shuang Zhang領導的研究團隊在金屬表面製作了以特定方式排列的奈米級長方形孔洞,證實了只要在金屬表面製作適當的微結構,就可能沿單一方向激發SPP,而且最重要的是,該團隊首度證明只要改變入射光的螺旋性(helicity),例如從左圓偏振變成右圓偏振,就能切換SPP在這類超穎表面傳遞的方向。
Zhang指出,超穎表面的奈米孔洞能以特定的相位延遲激發的SPP,此相位延遲與孔洞的方位有關。當孔洞以某種一特定方向分佈排列時,能使入射光的圓偏振經歷一個相位梯度變化,此舉破壞了朝兩個相反方向激發SPP的對稱性,研究人員因而能在某一特定波長下單方向激發SPP。
這該團隊稱上述金屬表面為偏振調制器(polarization modulator),他們希望利用這種改變入射光偏振狀態來控制SPP傳遞方向的能力,製造出精巧且可透過電子操控的電漿子線路,其中光的偏振狀態可由目前相當發達的電光進技術加以操控。這類線路將可應用在從奈米光子學到生物感測等許多領域之中。
目前該團隊計畫要優化現有的結構,並改良SPP與入射光之間的耦合,同時嘗試加入液晶元件以便能以電子方式控制SPP的激發。詳見Light: Science and Applications | doi:10.1038/lsa.2013.26。 |