NUS-forskare har utvecklat en metod för riktad excitation av plasmoner i molekylär längdskala med elektriskt drivna källor. Fotoniska enheter som använder ljus kan överföra information mycket snabbare än nanoelektroniska system. Dock, de tenderar att vara mycket större i storlek och svåra att integrera med nanoelektroniksystem.

Plasmonik, som involverar studiet av interaktioner mellan ljus och laddade partiklar som elektroner i metall, har potential att överbrygga klyftan mellan nanoelektronik och fotonik. En viktig aspekt är att ha excitationskällor som direkt kan omvandla elektriska signaler till plasmoner för att övervinna skillnaden i storlek mellan små nanoelektroniska enheter och stora fotonikelement som begränsas av den stora storleken på fotoner. Plasmoner kan ses som instängt ljus, upp till 100 gånger mindre än fotoner, med dimensioner som är kompatibla med nanoelektronik. Det skulle också vara mycket önskvärt att kunna kontrollera excitationsriktningen för plasmonerna, för att styra dem mot andra komponenter för att minska behovet av optiska element.

Ett team som leds av professor Christian A. NIJHUIS från Institutionen för kemi, NUS, i samarbete med Dr. Nikodem TOMCZAK från Institutet för materialforskning och teknik, Agency for Science, Teknik och forskning (IMRE, A*STAR) har upptäckt att excitationsriktningen för ytplasmonpolaritoner (SPPs) i en molekylär (dubbelbarriär) övergång kan kontrolleras genom att justera lutningsvinkeln för molekylerna till elektrodytan. Dessa SPP är ljusvågor som fungerar som fotoniska element, transportera information i höga hastigheter. Forskarna kunde excitera plasmonerna längs tunnelriktningen utan användning av stora optiska element som potentiellt kan orsaka komplikationer i design och tillverkning av enheterna.

Molekylövergången med dubbelbarriär är gjord av monolager av molekyler som består av två segment, en högledande enhet och en isolerande sektion. Molekylerna är inklämda mellan två metalliska elektroder. Lutningsvinkeln för det ledande segmentet längs vilken elektroner tunnelerar effektivt kan kontrolleras exakt genom att ändra längden på den isolerande sektionen. Till skillnad från konventionella tunnelbarriärer av metalloxid, tunnelriktningen i dessa molekylära dubbelbarriärövergångar kan kontrolleras exakt.

Prof Nijhuis sa, "Dessa resultat är intressanta eftersom våra plasmonkällor inte är diffraktionsbegränsade och de visar manipulation av plasmoner i molekylär längdskala utan användning av stora optiska element, som antenner, eller externa ljuskällor."

Dessa resultat ger nya insikter i ljus-materia-interaktioner i tunnelkorsningar och är ett viktigt nästa steg för att integrera tunnelövergångar med plasmoniska vågledare.