ENGINEERINGNET -- In de studie, die zou kunnen leiden tot nieuwe ontwikkelingen op het gebied van optische computers en nanomaterialen, rapporteren onderzoekers van de Missouri University of Science and Technology dat een nieuwe klasse van golfgeleiders op nanoschaal 100 tot 1000 maal meer optische kracht kan verwerken dan conventionele silicium golfgeleiders.
De ontdekking kan van pas komen bij de ontwikkeling van optische computers, sensoren of lasers, zeggen onderzoekers dr. Jie Gao en dr. Xiaodong Yang, beide assistent professor werktuigbouwkunde op de universiteit van Missouri.
In een artikel in de septembereditie van Optics Express, beschrijven Gao en Yang de ongewone optische en mechanische eigenschappen van metaal-diëlektrische structuren op nanometerschaal, zogeheten metamaterialen.
De onderzoekers hebben computersimulaties gemaakt van nanoschaal modellen van metamateriaal golfgeleiders - structuren die zijn ontworpen om lichtbundels van de ene plaats naar de andere te kanaliseren. Golfgeleiders werken als minuscule gloeidraden, of de draden in een IC, maar dan op veel kleinere schaal.
Voor hun onderzoek simuleerden de onderzoekers golfgeleiders met gelaagde structuren van een metaal (in dit geval zilver) en een diëlektrisch materiaal (germanium), gestapeld als een sandwich.
Gao en Yang simuleerden wat er zou gebeuren met gemodelleerde identieke golfgeleiders - elk 40 nm dik en 30 nm lang - die zijn gestapeld met een kleine luchtspleet er tussenin. Vervolgens hebben ze de transversale optische kracht tussen twee golfgeleiders gemeten.
Optische kracht heeft betrekking op de manier waarop lichtbundels elkaar kunnen aantrekken of afstoten, zoals magneten. De wetenschappers ontdekten dat die krachten twee grootte-orden sterker kunnen zijn dan in conventionele diëlektrische golfgeleiders.
Daarom gaven Gao en Yang hun rapport dan ook de titel: "Giant transverse optical forces in nanoscale slot waveguides of hyperbolic metamaterials".
Bij experimenten met materialen op nanometerschaal ontdekken wetenschappers vaak dat zelfs gewone materialen ongewone eigenschappen vertonen.
Zo kunnen bijvoorbeeld metalen die zijn ontwikkeld op nanometerschaal minder defecten hebben, wat zou kunnen leiden tot sterkere bouwmaterialen. Halfgeleiders en magnetische materialen die zijn ontwikkeld op nanoschaal kunnen ook andere eigenschappen hebben dan het bulkmateriaal.
Gao en Yang plan willen van modelleren en simuleren overgaan tot de werkelijke productie van metamaterialen.
Door samenwerking met het Materials Research Center van Missouri S&T, kunnen ze gebuik maken van een zogenoemde focused ion beam (FIB) scanning elektronenmicroscoop om geanalyseerde materialen te modificeren.
Verder hopen ze een nano-productiefaciliteit te kunnen opzetten op de universiteit.
(bron: Engineers Online)
Foto .A. Rupert/Missouri S&T: Dr. Jie Gao (vooraan) en dr. Xiaodong Yang.
