Plasmoniska vågledare öppnar möjligheten att utveckla dramatiskt miniatyriserade optiska enheter och ger en lovande väg mot nästa generation av integrerade nanofotoniska kretsar för informationsbehandling, optisk beräkning och andra. Nyckelelement i nanofotoniska kretsar är omkopplingsbara plasmoniska routrar och plasmoniska modulatorer.

Nyligen, Dr Joachim Herrmann (MBI) och hans externa samarbetspartners har utvecklat nya koncept för förverkligandet av sådana nanodatorer. De undersökte utbredningen av yt-plasmon-polaritoner (SPP) i magneto-plasmoniska vågledare. Baserat på resultaten av denna studie, de föreslog nya varianter av omkopplingsbara magneto-plasmoniska routrar och magneto-plasmoniska diskmodulatorer för olika nanofotoniska funktioner. I en vågledare baserad på en metallfilm med en tjocklek som överstiger huddjupet och omgiven av ett ferromagnetiskt dielektrikum, ett externt magnetfält i tvärriktningen kan inducera en betydande rumslig asymmetri för lägesfördelning av yt-plasmon-polaritoner (SPP). Superposition av udda och jämna asymmetriska lägen över ett visst avstånd leder till en koncentration av energin på ett gränssnitt, som växlas till det andra gränssnittet genom magnetfältomvändning.

Den begärda magnetiseringsstorleken reduceras exponentiellt med ökningen av metallfilmstjockleken. Baserat på detta fenomen, gruppen föreslog en ny typ av vågledarintegrerade magnetiskt styrda omkopplingsbara plasmoniska routrar. En konfiguration av en sådan nanodel visas i fig. 1, bestående av en T-formad metallisk vågledare omgiven av ett ferromagnetiskt dielektrikum under ett yttre magnetfält som inducerar en magnetisering M. I fig. 2, numeriska resultat för plasmonutbredningen genom att lösa Maxwell -ekvationen visar kanalbyte med magnetfältets omkastning med en 99 procent hög kontrast inom den optiska bandbredden på tiotals THz. Här, g är gyrationen g =χM, χ är den magneto-optiska känsligheten och g0 är en karakteristisk gyration som begärs för att inducera en signifikant lägesasymmetri. Magnetfältomvändning med integrerade elektroniska kretsar kan realiseras med en upprepningshastighet i GHz -regionen. Observera att fram till nu, det har funnits få papper som rapporterar realiseringen av omkopplingsbara plasmoniska routrar baserade på grenade silver nanotrådar som styrs av polariseringen av ingångsljuset.

I en andra uppsats, gruppen föreslog och studerade en ny typ av ultraliten plasmonisk modulator baserad på en metallisolator-metallvågledare och en sidokopplad magneto-optisk skiva som styrs av ett externt magnetfält (se figur 3). Vågnummersändringen och överföringen av yt-plasmon-polaritoner (SPP) kan ställas in genom att ändra magnetfältet. Reversibel på/av -omkoppling av SPP -lägena som körs genom en omvänd riktning av det externa magnetfältet visas. Resonant förbättring av magneto-plasmonisk modulering med mer än 200 gånger leder till ett modulationskontrastförhållande mer än 90 procent, hålla en måttlig införingsförlust inom en optisk bandbredd på hundratals GHz. Numeriska simuleringar med lösningen av Maxwells ekvationer bekräftar förutsägelserna med de härledda analytiska formlerna för en magneto-plasmonisk modulering med hög kontrast. Fig. 4 visar fördelningen av magnetfältskomponenterna i SPP:erna vid en gyration g =0,03 och g =-0,03, respektive. Som man ser genom att ändra riktningen för det yttre magnetfältet, överföringen av SPP:erna kopplas från från till till på via det ändrade interferensmönstret i vågledaren.