Ein elektro-plasmonischer Modulator: Der PlasMOStor

PlasMOStor

In einem plasMOStor wird die Wellenleiter-Lücke eines plasmonischen Nanoschaltkreises mit einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO) gefüllt. Eine angelegte Spannung injiziert Ladungsträger. Dies führt zu einer effizienten elektronischen Modulation des plasmonischen Signals.

Die Plasmonik ermöglicht erstmals optische Nanoschaltkreise unterhalb des Abbe'schen Beugungslimits von einigen hundert Nanometern: Ein Schritt zur Integration der Photonik mit existierenden elektronischen Computer-Schaltkreisen, die derzeit bereits Gate-Größen von nur 14 Nanometern erreichen. Bisher ermöglichten plasmonische Komponenten allerdings noch nicht die für eine Kombination hochintegrierter Optik und Elektronik notwendigen aktiven Schnittstellen-Funktionen.

In einem gerade publizierten Artikel im Journal Nano Letters (1) stellen wir den ersten elektro-plasmonischen Modulator vor, der in ultrakompakte plasmonische Nanoschaltkreise (2) integriert ist. Das Konzept, ein "plasMOStor" nutzt dabei die besonderen Eigenschaften von transparenten, leitfähigen Oxiden (transparent conductive oxices, TCO), in diesem Fall die von Indium-Zinn-Oxid (ITO). Ein dünner Film dieses Materials wurde in die Lücke eines plasmonischen Wellenleiters auf einer noch dünneren Schicht eines Isolators eingebracht. Wenn wenige Volt Spannung zwischen dem darunter liegenden Metall, aus dem der plasmonische Wellenleiter besteht, und dem ITO angelegt werden, sammeln sich an der ITO-Grenzfläche Ladungsträger. Dadurch verstimmen sich die optischen Eigenschaften des ITO. Aufgrund der extremen oberflächennahen Feldüberhöhung des Plasmons erzeugt diese Veränderung eine sehr empfindliche Modulation der Plasmon-Verluste bereits bei sehr geringen Spannungen.

Durch Ausnutzung der besonderen TCO- und Metall-Eigenschaften erzielen wir mit diesen Modulatoren eine bisher unerreicht hohe Dynamik von 2,71 dB/µm bei gleichzeitig wettbewerbsfähigen Verlusten von nur ~ 0,45 dB/µm. Diese Werte erfüllen die Grundvoraussetzungen für Anwendungen in kaskadierbaren aktiven photonischen Komponenten und sind daher ein wichtiger Baustein für mögliche zukünftige nanoplasmonische Schaltkreise.

Kontakt

Arian Kriescharian.kriesch@mpl.mpg.de and Ulf Peschel ulf.peschel@physik.uni-erlangen.de.

Artikel

  1. Lee, Ho Wai H., Papadakis, Georgia, Burgos, Stanley P., Chander, Krishnan, Kriesch, Arian, Pala, Ragip, Peschel, Ulf, Atwater, Harry A. (2014)Nanoscale Conducting Oxide PlasMOStorIn: Nano Letters, 14 (11), S. –, 2014.
  2. Kriesch, Arian, Burgos, Stanley P., Ploss, Daniel, Pfeifer, Hannes, Atwater, Harry A., Peschel, Ulf (2013)Functional Plasmonic Nanocircuits with Low Insertion and Propagation LossesIn: Nano Letters, 13 (9), S. 4539-4545, 2013.