利用等離子體實現數據快速傳輸

由於一個新加坡團隊的研究人員們開發的新型感測器，光子器件和電子器件很快就可以成功集成到一起。他們開發的新型感測器可以生成、操作和讀取稱為表面等離子體激元（SPPs）的小的能量包。

使用光子而不是電荷來承載信息的光子器件可以比傳統電子器件快數千倍，但它們往往很大並且難以與微晶元集成。

由新加坡國立大學的A * STAR高性能計算和Christian Nijhuis研究所的Hong-Son Chu領導的研究小組認為，兩種材料界面處存在的電磁波-表面等離子體激元可用於無縫地鏈接光子器件和電子器件（Nature Photonics,「Highly efficient on-chip direct electronic-plasmonic transducers」）。

圖中示出了兩個通過中心處的等離子體波導耦合在一起的隧道結。當將電壓施加到源極結時，隧道電子激發表面等離子體激元，其沿著等離子體波導傳播並調製探測器結處的隧穿電流。放大圖：隧道結的發光圖像，顯示等離子體波導末端的等離子體散射。圖片來源: Du Wei，新加坡國立大學

「表面等離子體激元本質上包含的光限制在小於其波長的尺寸範圍內，並且它們像光子元件一樣運行，以高速傳輸信息，」Chu說。「但是，表面等離子體激元提供了兩全其美的方案，因為它們具有光學元件的操作速度以及適合納米電子應用的小尺寸。我們開發出了第一款以光學頻率工作的片上電子等離子體激元換能器，我們實現了超過10％的電子到SPP轉換效率。」

大多數現有的等離子體激元器件需要諸如LED的光源來產生SPPs。這種間接方法很慢。Chu和他的同事們意識到用直接電子方法產生SPPs要快得多，因此他們設計了包含鋁和金電極的換能器，並由兩層納米厚的氧化鋁隔開，這層氧化鋁起著絕緣「量子隧穿」屏障的作用。通過這種差距實現量子跳躍的電子可以用於產生或檢測SPPs。

研究人員們通過將兩個換能器與等離子體波導相連接，使得一個作為源而另一個作為檢測器（見圖），研究人員觀察到大約七分之一的耦合到SPP的隧穿電子。雖然這種高隧道效率的原因尚不確定，但Chu和他的同事們認為在接頭處的SPPs可能會引起振蕩電場，這會改變隧道間隙的有效尺寸，從而改變可穿過間隙的電子數量，穿過間隙的電子與SPPs進行交互。

Chu說：「通過消除對光源和探測器的需求，基於這種機制的設備本質上會很快。「我們的工作引起了研究界和工業界的興趣，在三維集成電路和高帶寬存儲器設備中具有潛在的應用。例如，需要小型高速互連器來提高處理速度。」

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