NUS科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種方法，用于在分子度尺度上用電驅(qū)動(dòng)源定向激發(fā)等離子激元。利用光子裝置傳輸信息的速度比納米電子系統(tǒng)快得多，然而，裝置尺寸往往要大得多，難以與納米電子系統(tǒng)集成。等離子體學(xué)涉及研究光與帶電粒子（如金屬中的電子）之間的相互作用，有可能彌合納米電子學(xué)和光子學(xué)之間的差距。

一個(gè)重要的方面是：具有可以直接將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為等離子體的激振源，以克服小納米電子器件和大光子元件之間的尺寸不匹配，這種“失配”受到大尺寸光子的限制。

等離子激元可以被視為受限光，比光子小100倍，具有與納米電子學(xué)兼容的尺寸，還有希望能夠控制等離子激元的激發(fā)方向，以便引導(dǎo)匹配更多組件，以減少對(duì)光學(xué)元件的需要。由NUS化學(xué)系Christian A.Nijhuis教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，與來(lái)自科學(xué)、技術(shù)和研究機(jī)構(gòu)（IMRE）材料研究和工程研究所的Nikodem Tomczak博士合作研究發(fā)現(xiàn)，分子（雙勢(shì)壘）結(jié)中表面等離子體激元(SPP)的激發(fā)方向，可以通過(guò)調(diào)節(jié)分子對(duì)電極表面的傾斜角來(lái)控制。這些SPP是像光子元件一樣起作用的光波，以高速攜帶信息。

研究人員能夠在不使用大型光學(xué)元件的情況下，沿隧道方向激發(fā)等離子激元，這可能會(huì)在器件的設(shè)計(jì)和制造中造成復(fù)雜的情況。雙勢(shì)壘分子結(jié)由單層分子組成，由兩個(gè)部分組成，一個(gè)高導(dǎo)電單元和一個(gè)絕緣部分。分子被夾在兩個(gè)金屬電極之間。通過(guò)改變絕緣段的長(zhǎng)度，可以精確地控制電子沿著其有效隧穿的導(dǎo)電段傾斜角。與傳統(tǒng)金屬氧化物隧道勢(shì)壘不同，這些分子雙勢(shì)壘結(jié)中的隧穿方向可以精確控制。而且這些結(jié)果很有趣，因?yàn)榈入x子體激元源不受衍射限制，證明了在分子長(zhǎng)度范圍內(nèi)等離子體激元的操縱。

而不需要使用大型光學(xué)元件，如天線或外部光源。這些結(jié)果為隧道結(jié)中的光和物質(zhì)相互作用提供了新見(jiàn)解，并且是將隧道結(jié)與等離子體波導(dǎo)集成的重要下一步。電學(xué)技術(shù)對(duì)表面等離子體激元(SPPs)的定向激發(fā)，對(duì)于等離子體與分子電子學(xué)的集成或?qū)ζ渌囊龑?dǎo)信號(hào)非常重要。研究基于量子力學(xué)隧穿分子雙勢(shì)壘結(jié)的電驅(qū)動(dòng)等離子體激元，其中隧穿路徑是由分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，以及相對(duì)于表面法線的傾斜角而定義。S(CH2)nBPh在Au上的自組裝單分子膜，其中烷基鏈和BPH單元串聯(lián)定義了兩個(gè)不同的隧道勢(shì)壘，用于演示和控制幾何效應(yīng)。

BPH單元相對(duì)于曲面法線的傾斜角度取決于n的值，當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)為45°，n為奇數(shù)時(shí)為23°。烷基鏈的傾斜角固定在30°，與n無(wú)關(guān)。對(duì)于n=1-3的值，通過(guò)BPH單元定向隧道定向發(fā)射SPP。對(duì)于n>3的值，沿烷基鏈的隧穿作用主導(dǎo)了SPP激發(fā)。在不需要額外的片上光學(xué)元件(例如天線)或外部元件(例如光源)情況下實(shí)現(xiàn)定向發(fā)射SPP的分子水平控制。利用分子隧道結(jié)，該研究首次提供了分子雙勢(shì)壘隧道結(jié)的直接實(shí)驗(yàn)演示。

博科園｜研究/來(lái)自：新加坡國(guó)立大學(xué)

參考期刊《納米快報(bào)》

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01665

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