Under en femårsperiod, Alexander Dmitriev och hans forskargrupp på Chalmers kommer att ta sig an en uppgift som hittills har bedömts som omöjlig:att skapa en stark interaktion mellan ljus och magnetiska fält och bestämma sätt att styra ljus med magnetism på nanoskala. The Harnessing light and spins through plasmons i nanoskalaprojektet har fått närmare 38 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, och kan så småningom leda till mer effektiva sätt att bearbeta och lagra information med ljus och skapa olika typer av optiska element.
"Hela fältet är fortfarande ganska okänt, och vi är ett av endast ett fåtal forskarlag i världen som för närvarande tittar specifikt på ljus som nanoplasmoniska resonanser i kombination med magnetiska nanostrukturer, säger Alexander Dmitriev, docent i fysik på Chalmers.
Under lång tid har det ansetts omöjligt att kombinera ljus och magnetism på grund av ett frekvensgap där ljuset rör sig 10, 000 gånger snabbare än magnetism reagerar, vilket innebär att de inte känner varandra och inte kan integreras. Genom att fånga ljuset i vad som kallas nanoantenner, som är byggda över en yta, det är möjligt för de två att interagera på nanoskala. Det finns nanoplasmoner i denna artificiellt skapade yta av nanoantenner – med andra ord små enheter av elektroner som när de utsätts för synligt ljus, röra sig eller oscillera kollektivt och på så sätt skapa förstärkta och lokaliserade elektromagnetiska fält som sedan kan kopplas samman med magnetiska material via olika typer av magnetoptiska effekter.
Vi vill försöka tvinga ljuset att bli styrbart med hjälp av magnetism, och vice versa, och därmed eliminera frekvensgapet, säger Alexander Dmitriev.
Styrbara optiska komponenter
När projektet avslutas om fem år, teamet hoppas ha fått en grundläggande förståelse för området och vara bättre rustade att bygga de specifika nanostrukturer som behövs för att uppnå de önskade egenskaperna. Genom att sammanföra internationellt ledande forskarlag från Chalmers och universiteten i Uppsala och Göteborg, det kommer att vara möjligt att utnyttja expertis inom både teoretisk och experimentell fysik inom nanoplasmonik, nanomagnetism och spintronik. Dock, även om projektet har en rent grundläggande karaktär, Alexander Dmitriev ser tydliga användningsområden där det förhoppningsvis kommer att vara möjligt att använda metoderna i framtiden.
"Denna teknik kan möjliggöra styrbara och anpassningsbara optiska komponenter som inte är lätta att styra med elektrisk ström, till exempel tredimensionella hologram som rör sig i realtid. Tack vare den förbättrade interaktionen vi vill skapa mellan ljus och magnetism på nanoskala, det kommer att vara möjligt att använda lågintensiva magnetfält liknande de som finns i vanliga kylskåpsmagneter, och det kommer att gå snabbt, energisnål och lätt att integrera med elektronik.
