Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse

Nanoplasmonik gör det omöjliga möjligt

Projektanslag 2015

Under fem års tid ska Alexander Dmitriev och hans forskargrupp på Chalmers ta sig an en uppgift som fram tills nu har ansetts vara omöjlig: att skapa en stark växelverkan mellan ljus och magnetiska fält och att fastställa sätt att styra ljus med magnetism på nanonivå.

Projektet kan i förlängningen leda till effektivare sätt att processa och lagra information med ljus och skapa olika typer av optiska element.

– Hela det här området är fortfarande ganska okänt och vi är en av väldigt få forskargrupper i världen som tittar på just ljus i form av nanoplasmoniska resonanser kombinerat med magnetiska nanostrukturer, säger Alexander Dmitriev, docent i fysik vid Chalmers.

Att det länge ansetts omöjligt att kombinera ljus och magnetism beror på en frekvensklyfta där ljuset rör sig 10 000 gånger snabbare än magnetism vilket gör att de inte känner av varandra eller kan interagera. Men genom att fånga ljuset i så kallade nanoantenner, som byggs upp över en yta, kan man alltså få de två att samverka på nanonivå. I denna artificiellt skapade yta av nanoantenner finns nanoplasmoner, det vill säga små enheter av elektroner som, när de utsätts för synligt ljus, rör sig, eller oscillerar, kollektivt och därmed skapar förstärkta, lokaliserade elektromagnetiska fält, som sedan kan kopplas samman med magnetiska material via olika former av magneto-optiska effekter.

– Vi vill försöka tvinga ljuset att bli styrbart med hjälp av magnetismen och vice versa och därmed eliminera frekvensklyftan, säger Alexander Dmitriev.

Grundvetenskap med tillämpningsområden

När projektet avslutas om fem år hoppas man ha skaffat sig en grundlig förståelse för området och att bättre kunna bygga upp specifika nanostrukturer för att få precis den respons man vill ha. Genom att sammanföra internationellt ledande forskargrupper från Chalmers och universiteten i Uppsala och Göteborg kommer man att kunna utnyttja expertis inom både teoretisk och experimentell fysik inom fälten nanoplasmonik, nanomagnetism och spintronik. Men även om projektet är rent grundvetenskapligt till sin karaktär så ser Alexander Dmitriev tydliga applikationsområden där metoderna förhoppningsvis kommer att kunna användas i framtiden.

– Man skulle kunna skapa styrbara optiska komponenter som inte är så lätta att styra med elektrisk ström, till exempel tredimensionella hologram som rör sig i realtid. Tack vare den förstärkta växelverkan vi vill skapa mellan ljus och magnetism på nanonivå kan man använda sig av lågintensiva magnetfält liknande dem som finns i en vanlig kylskåpsmagnet och det blir både snabbt, energisnålt och lätt att integrera i elektronik.  

Text Chalmers
Foto Sabina Johansson, Chalmers