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ユタ大学、光を金属に押し込み高速通信

March, 24, 2014, Salt Lake City--ユタ大学電気工学の研究チームは、安価なインクジェットプリンタを使い、情報伝達に金属内の光を用いる微小構造を作製した。この新しい技術は、このような微小構造内の伝導性を制御し、電子デバイスの超高速コンポーネントを素早く作製、ワイヤレス技術を高速化、磁気材料の印刷に使われる。
高速インターネットや他のデータ転送技術は、光ファイバで広帯域に伝搬する光に依存しており、高速データ伝送の手段になっている。このようなファイバを縮小することでより多くのデータを少ない空間に押し込められるが、ここにあるのは誘い文句である。光ファイバは限界に達している。光がますます小さな空間に押し込められるので、伝送できるデータ量には限界がある。
一方、電子回路はシリコンウエハ上に、遙かに小さなサイズで造ることができる。しかし、電子データ転送は、遙かに低い帯域の周波数で動作するので、伝送できるデータ量は減少する。
最近発見されたプラズモンという技術は、光と電気のデータ伝送の最良の側面を合わせたものである。光の波長よりも遙かに小さなサイズの金属構造に光を押し込むことでデータは、THzのような遙かに高い周波数で伝送できる。銀や金のような金属は、この重畳効果を強めるので特に有望なプラズモン金属である。
「テラヘルツプラズモンデバイスを作製するための技術は十分に開発されていないが、これは2.4GHzで動作するBluetoothなどのワイヤレスデバイスを現状よりも1000倍高速化する」とユタ大学電気・コンピュータ工学、Ajay Nahata教授は言う。
市販のインクジェットプリンタと、銀とカーボン・インクをいっぱいに詰めた2種類のカラーカートリッジを使い、研究チームは10種類のプラズモン構造を2.5×2.5インチのプラスチックシートにプリントした。プリントされたのは異なるサイズと間隔の2500の周期的なアレイ。
テストされた4アレイには径450μmの穴が1インチの1/25の間隔である。用いた銀とカーボン・インクの相対量により、プラズモンアレイの伝導性、電流の流れの効率を制御できる。
「60ドルのインクジェットプリンタを使い、プラズモン材料を造る安価で広く応用できる方法を開発した。このような構造を思い通りに正確に設計、印刷できるので、一般に用いられる100万ドルの装置がなくても、金属のプラズモン特性を迅速に変えることができる」(Nahata氏)。
プラズモンアレイは現在、微細加工技術を用いて作製される。これは高価な装置を必要とし、1度に1アレイしか造れない。これまで、このようなアレイの伝導性を制御することは研究者にとって極めて難しいことだった。
ユタ大学の研究チームは、プリントしたプラズモンアレイの効果の計測にテラヘルツイメージングを使った。THz周波数の光を金属層の周期的な穴の列に向けると、共鳴が起こる。
テラヘルツイメージングは、包装された炭疽菌兵器の発見、宇宙船の断熱テストなど、非破壊検査に役立つ技術だ。テラヘルツ光がアレイをどのように伝搬するかを調べることで、この構造の伝搬特性を変えるにはアレイのプリントに使うカーボンとシルバー・インクの量を変えるだけでよいことを研究チームは示した。
研究チームは2種類のインクを用いたが、アプリケーションによっては、4色インクジェットプリンタで4種類のインクも使える。
(詳細は、 www.utah.edu)