Credit: AMOLF/TremaniDit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 12 december 2009
Natuurkundigen van het FOM-instituut voor Atoom- en Molecuulfysica in Amsterdam en de Universiteit Twente hebben voor het eerst een elektrische plasmonenbron gemaakt: een bron van miniatuurlicht. Omdat ze hiervoor bestaande chiptechnologie gebruiken, is de bron eenvoudig en goedkoop. Tot nu toe werden plasmonen opgewekt met licht in complexe en dure laseropstellingen. De onderzoekers publiceerden hun resultaten in de online-editie van Nature Materials (6 december).
Plasmonen hebben alle eigenschappen van gewoon licht, maar planten zich alleen voort in de tweedimensionale wereld van een metaaloppervlak. Ze rollen als golven over de zee van vrije elektronen. Plasmonen hebben de bijzondere eigenschap dat ze typisch een tienmaal zo kleine golflengte hebben als gewoon licht van dezelfde frequentie. Wereldwijd onderzoeken fysici manieren om deze kleine golflengte te benutten om nog kleinere en snellere computerchips te maken. Nu nog rekenen computerchips via elektronen met nullen en enen, maar het zou theoretisch ook met plasmonen kunnen.
De fysici uit Amsterdam en Enschede maakten hun plasmonenbron uit een sandwich van twee dunne goudlaagjes met als vulling siliciumnanobolletjes in een spread van aluminiumoxide. De goudlaagjes zitten slechts twintig nanometer uit elkaar (een nanometer is een miljoenste millimeter). “Wanneer we een elektrische spanning aanbrengen op de sandwich”, vertelt onderzoeksleider en AMOLF-directeur Albert Polman, “rennen de vrije elektronen door de sandwich en botsen tegen de siliciumbolletjes. Daardoor raken de bolletjes in een hogere energie. Normaal zouden ze daarna gewoon licht uitzenden om hun energie kwijt te raken, maar omdat ze opgesloten zitten in de sandwich, gaan ze plasmonen uitzenden.”
Als mogelijke toepassing denkt Polman dat een elektrische plasmonenbron dienst kan doen als sensor in een lab-on-a-chip: een chip die snel en nauwkeurig kleine hoeveelheden moleculen detecteert voor de medische diagnose van bijvoorbeeld bloed. “Doordat plasmonen een kleinere golflengte hebben dan gewoon licht kun je er nog kleinere sensoren mee maken”, aldus Polman. “Bovendien kun je plasmonen sterker concentreren, waardoor de sensor ook gevoeliger wordt.”
Daarnaast kan een elektrische plasmonenbron een brug slaan tussen de wereld van de optica, met licht als informatiedrager, en de wereld van de elektronica, met elektronen als informatiedragers. Plasmonen kunnen gewoon licht in elektriciteit omzetten en andersom.
