等離激元半導(dǎo)體將為電子學(xué)帶來革命性的改變
摘要： 在此之前的等離激元器件都只以介于金屬和絕緣體(電介質(zhì))之間的界面為基礎(chǔ)制作。但根據(jù)伯克利實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)新的研究成果稱，許多常見的半導(dǎo)體也可通過工藝加工而可以傳輸?shù)入x子體。該實(shí)驗(yàn)室的報告中也稱，在摻雜空穴的半導(dǎo)體納米晶體——量子點(diǎn)中，實(shí)現(xiàn)了表面等離子體共振。
關(guān)鍵字： 等離激元， 光量子， 電子， 耦合， LED
據(jù)美國能源部(DOE)下屬機(jī)構(gòu)勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的研究人員表示，等離激元(Plasmonic)半導(dǎo)體有望使光量子和電子的耦合變得容易，這將為電子學(xué)帶來革命性的改變。
等離子體(Plasmon)是一對自由電子結(jié)合成為準(zhǔn)粒子進(jìn)入波表面?zhèn)鞑r的波峰，可使這對自由電子的頻率與附帶的光量子頻率匹配，從而使電子等離子和光量子形成諧振而耦合。如果由伯克利實(shí)驗(yàn)室預(yù)測的這種局部表面等離子體實(shí)現(xiàn)共振的話，就可以實(shí)現(xiàn)電子互連中的信號傳播速度加速到光速，用于激光和傳感器的片上透鏡，新一代超高效等離激元LED，新一代超靈敏度生化探測器，以及可彎曲周圍物體光路的特異材料。這種超材料可以用來制成隱形斗篷(電子工程專輯版權(quán)所有，謝絕轉(zhuǎn)載)。
在此之前的等離激元器件都只以介于金屬和絕緣體(電介質(zhì))之間的界面為基礎(chǔ)制作。但根據(jù)伯克利實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)新的研究成果稱，許多常見的半導(dǎo)體也可通過工藝加工而可以傳輸?shù)入x子體。該實(shí)驗(yàn)室的報告中也稱，在摻雜空穴的半導(dǎo)體納米晶體——量子點(diǎn)中，實(shí)現(xiàn)了表面等離子體共振。
“摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)開啟了量子—電子強(qiáng)耦合性質(zhì)為了應(yīng)用的可能性，這對光捕獲、非線性光學(xué)和量子信息處理都將產(chǎn)生影響?！辈死麑?shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Paul Alivisatos說。
通過空穴摻雜銅硫P型載流子的量子約束效應(yīng)來調(diào)節(jié)電子性質(zhì)，使表面等離子體共振的頻率在近紅外波段。研究人員表示，量子和電子之間的強(qiáng)耦合模式，可以用于極大地提高太陽能光伏和人工光合作用的光激發(fā)作用。下一步，研究小組將用銅硒和鍺(原文為quermanium)碲化物半導(dǎo)體試驗(yàn)，并分別測量用該材料制造的太陽能電池和存儲器件的預(yù)期增值(電子工程專輯版權(quán)所有，謝絕轉(zhuǎn)載)。
透射電子顯微鏡圖片展示了三個量子點(diǎn)的樣本，平均尺寸為a.2.4nm，b.3.6 nm，c.5.8nm
注：
由于在制造納米光子集成線路上的無限潛力，基于表面等離激元(Surface Plasmon)的納米光子學(xué)，即表面等離激元學(xué)(Plasmonics)，受到了全球龐大的微電子工業(yè)的廣泛關(guān)注(電子工程專輯版權(quán)所有，謝絕轉(zhuǎn)載)。
傳統(tǒng)光子學(xué)元件的尺寸往往限制在微米以上，但能工作在上百太赫茲(10～12 Hz)的頻率，運(yùn)行速度極快;而微電子元件的尺寸已能縮小到幾十納米，卻最高只能工作在吉赫茲(10～9 Hz)頻率，運(yùn)行速度相對較慢。如果能將光子線路整合到微電子線路中，將有可能大大提高傳統(tǒng)微電子芯片的處理速度。但是，光子學(xué)元件和微電子元件的尺寸差距極大地妨礙了它們的整合，從而阻礙了利用光子學(xué)元件提高微電子線路運(yùn)行速度的可能。正因?yàn)榇?，基于表面等離激元的納米光子集成線路成為了解決這個尺寸匹配問題的關(guān)鍵因素。為了實(shí)現(xiàn)表面等離激元納米光子集成線路，我們需要那些與基本的微電子元件相對應(yīng)的表面等離激元元件。到目前為止，這方面的突破性工作都集中在被動型表面等離激元元件，例如等離激元波導(dǎo)，諧振器和耦合器。而關(guān)于主動型表面等離激元元件的研究卻十分有限，例如表面等離激元調(diào)制器和開關(guān)。
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