プラズモニックデバイス、90GHzスイッチング達成

July, 30, 2015, Durham--デューク大学の研究チームは、90GHzでスイッチングでき、光コンピューティングの基盤となる超高速発光デバイスを開発した。
　プラット工学部の研究チームは、半導体量子ドットを使って90GHz超で発光させた。この、いわゆるプラズモニックデバイスは、いずれ光コンピューティングチップ、あるいは従来の電子マイクロチップ間の光通信に使用されるようになる。
　新しい速度記録は、プラズモニクスを用いて達成された。レーザがわずか75nm幅のシルバーキューブの表面で光ると、表面の自由電子が1つの波で共振を始める。この共振から固有の光が生まれ、それが自由電子と再び反応する。このようにナノキューブ表面に捉えられたエネルギーはプラズモンと言う。
　プラズモンが、シルバーナノキューブから20原子離しておかれた金シートとの間に強い電磁界を作る。この電磁界が、6nm幅の半導体材料球、量子ドットと相互作用する。量子ドットは、ナノキューブと金とに挟まれている。今度は、量子ドットが方向性のあるフォトンを効率よく放出する、これは90GHz超でON/OFFできる。
　「短距離光通信で、レーザをLEDsと置き換えることには強い関心があるが、蛍光材料の低発光率、低い効率、フォトンを方向づけることができないこと、これらがLEDsへの置き換えという考えの障害となっている。ここでわれわれは、こうした問題を解決するための重要な一歩を踏み出した」とポスドク研究者、Gleb Akselrod氏は説明している。
　「最終的な目標は、この技術を、光もしくは電気で励起できるデバイスに集積することだ」とThang Hoang氏は言う。
　研究グループは、プラズモニック構造を使って量子暗号通信に必要なシングルフォトン光源を造ることに取り組んでいる。シングル量子ドットは、シルバーナノキューブと金箔との間にサンドイッチされている。また、研究グループは、量子ドットを精確に置いて方向を最適化することで最高速蛍光レートを実現しようとしている。
　その潜在的な技術インパクトとは別に、研究グループはよく知られた材料がその固有の特性の制約を受ける必要がないことを実証している。
　「われわれが、半導体で成し遂げたように、材料周辺の環境を調整することで、われわれが望むほとんどどんな光学特性でも新しい材料で設計することができる」とMikkelsenはコメントしている。