Plasmonikk

Plasmonikk, eller plasmonics, er studiet av plasmons – kollektive svingninger av frie elektroner i metaller når de utsettes for elektromagnetiske felt ved optiske frekvenser – og av hvordan disse svingningene påvirker og lokaliserer lys ved metall–dielektrikum-grenser og i nanostrukturer. Feltet fokuserer på hvordan lys kan manipuleres på subwavelength-skala og hvordan plasmoniske excitations kan brukes i nanostrømming av lys.

To hovedfenomener er overflateplasmonpolariteter (SPP) som forplanter seg langs metall–dielektrikum-grensen, og lokaliserte overflateplasmonresonanser (LSPR) som oppstår i metalliske nanopartikler og gir sterke feltforsterkninger og resonanser som avhenger av partikkelens størrelse, geometri og miljø.

Materialer som gull og sølv dominerer i synlig lys på grunn av sterke resonanser og relativt lave tap; aluminium brukes i UV-området; andre metaller og legeringer anvendes i spesifikke frekvensområder. Damping og elektroniske tap begrenser ytelser og påvirker designet av plasmoniske enheter.

Fysikken bygges på Maxwell-ligningene, og tilnærminger som FDTD, FEM og BEM brukes til å beregne plasmonresonanser og feltfordelinger. Eksperimentelt måles resonanser med optisk spektroskopi; elektronenergifordeling (EELS) og NSOM brukes til å undersøke feltfordelinger i nanostrukturer.

Viktige anvendelser inkluderer sensorikk basert på overflateplasmon-resonans (SPR) og SERS, forsterket fluorescens, fototermisk terapi, avansert nanofotonikk og nanoantenner, samt design av metamaterealer og metasurfaces for kontroll av lys.

Utfordringer inkluderer optiske tap og oppvarming, utfordringer i nanofabrikkasjon og integrasjon i eksisterende optoelektronikk. Forskningen søker lav-tap-materialer og nye geometrier som gir høyere kvalitet, bredbånds ytelse og bedre kompatibilitet med CMOS-teknikker.