表面等离子体以接近光的速度传输,并且比想象中传输得更远

经过特别设计的极小的金属结构能够局域光。光一旦被局域,就可以转换成一种被称为表面等离子体的局域波。这种波能以接近空气中的光速传输到远离激发源数百微米的地方。图中,表面等离子体用蓝色波纹表示,它从泵浦光处被激发,并且在距离泵浦光数百微米之外的地方被探针光所探测。供图:美国化学学会

表面等离子体,是指被局域在金属表面传输的光波,它们可以比我们想象中的传输得更远,最高可以传输到距离激发源250微米的地方。虽然这个距离仅仅相当于1%英寸,但是已经足够远,以致于有可能在超快电子线路中得到应用。科学家用视频记录了表面等离子体的传输过程。

未来的计算机线路可能利用这个现象作为信号传输连接方式。因为表面等离子体以接近光的速度传输,相比于目前的电子线路,以这种技术为基础的计算机线路将以快得多的速度运行。

我们知道光可以穿透透明材料,比如玻璃。但是,金属对光却有很强的反射和阻挡。然而,经过特别设计的极小的金属结构可以局域光。光一旦被局域,就可以转换成一种被称为表面等离子体的局域波,这种波能以接近空气中的光速传输(译者注:表面等离子体既是局域的,也是传输的,它在沿金属表面传输的过程中始终紧贴着金属表面)。来自西北太平洋国家实验室的研究人员从实验上展现了他们研究表面等离子体的特有能力。在他们的实验中,小组成员将两束脉冲激光打到一个黄金样品表面,第一束光称为泵浦光,而第二束称为探针光。泵浦光的作用是激发表面等离子体,探针光在泵浦光入射一小段时间之后再入射,其作用是探测表面等离子体。通过持续调节泵浦光和探测脉冲光之间延迟的时间间隙,小组成员将黄金表面的表面等离子体的传输行为记录下来。他们通过视频将这种局域在表面的传输波记录下来,以助于直接算出诸如波长波速等细节。他们同时确定,这种传输的表面等离子体可以在离开激发光源至少250微米的地方被探测到,这意味着,它能传输得足够远,以致于有可能应用于电子线路。

这个发现,不仅表明了表面等离子体器件可能应用于生物、健康和能源等领域,而且也为其在超快计算机领域的应用打开了大门。