表面電漿極化聲子(surface plasmon polariton, SPP)是金屬表面集合振動的電子與光子形成的準粒子，由於不受繞射極限(diffraction limit)的束縛，因此被看好繼電子及光子之後下一個用來傳遞資訊的對象。最近，美國科學家發現SPP在不同截面形狀的奈米線中有不同的傳遞距離，這項研究結果對於未來利用這類奈米結構製作奈米光子元件可能有重大的影響。 一維金屬結構能以SPP的形式在次波長範圍操控光，因此可以製作成不受光學繞射極限束縛的基礎奈米光子元件，其中寬度小於200 nm的金屬奈米線及奈米條特別適合用來製作次波長波導，或是各種電漿子應用例如邏輯閘或Fabry-Perot共振器等。 不過，奈米金屬線會散射SPP，導至能量以熱的形式損耗，因此光學波段的SPP無法傳遞很遠(頂多幾十微米)。研究人員得先了解這些損耗的機制，才有辦法利用這些奈米結構設計出低損耗的元件。最近，由Eugene Zubarev、Peter Nordlander及Stephan Link領導的萊斯(Rice)大學團隊研究了SPP在不同截面形狀的金奈米線中的傳遞情形，結果發現除了奈米線的直徑之外，截面形狀也是重要的因素。 該團隊利用漂白造影電漿子傳播(bleach-imaged plasmon propagation)現象來觀察SPP的傳遞，作法是先以螢光染料包覆奈米線，然後以波長785 nm的雷射光照射奈米線的一端，激發生成的SPP在奈米線上傳遞時會漂白染料。為了與實驗結果做比較，研究人員利用有效差分時域法(FDTD method)模擬了SPP在截面為五角星形及五邊形的奈米線中的傳遞，結果發現SPP在前者中的傳遞距離較短，而其原因與奈米線是否含有尖瑞的脊狀結構有關。 根據該團隊的說法，SPP傾向分佈在奈米線中曲率半徑及截面較大的側邊及角落，但隨著奈米線的直徑變小，側邊態(side mode)會消失，而角落態(corner mode)開始混合形成與截面對稱性有關的集合態。這項發現讓科學家更了解SPP的損耗機制，有助於透過形狀變化設計出低損耗的奈米光子元件或電漿子元件。 該團隊目前計畫研究如何在奈米線中加入增益物質或利用以第二道雷射泵浦，來補償SPP的損耗。詳見ACS Nano | DOI: 10.1021/nn405183r。 |