"Experimental realization of optical lumped nanocircuits at infrared wavelengths". Y. Sun, B. Edwards, A. Alù, N. Engheta. NATURE MATERIALS 11, 208 (2012). DOI: 10.1038/nmat3230
The integration of radiofrequency electronic methodologies on micro- as
well as nanoscale platforms is crucial for information processing and
data-storage technologies.
In electronics, radiofrequency signals are controlled and manipulated
by ‘lumped’ circuit elements, such as resistors, inductors and
capacitors. In earlier work,
we theoretically proposed that optical nanostructures, when properly
designed and judiciously arranged, could behave as nanoscale lumped
circuit elements—but at optical frequencies. Here, for the first time we
experimentally demonstrate a two-dimensional optical nanocircuit at
mid-infrared wavelengths. With the guidance of circuit theory, we design
and fabricate arrays of Si3N4
nanorods with specific deep subwavelength cross-sections,
quantitatively evaluate their equivalent impedance as lumped circuit
elements in the mid-infrared regime, and by Fourier transform infrared
spectroscopy show that these nanostructures can indeed function as
two-dimensional optical lumped circuit elements. We further show that
the connections among nanocircuit elements, in particular whether they
are in series or in parallel combination, can be controlled by the
polarization of impinging optical signals, realizing the notion of
‘stereo-circuitry’ in metatronics—metamaterials-inspired optical
circuitry.
La integración de metodologías de electrónica de radiofrecuencia en plataformas de micro y nanoescala es crítica para las tecnologías de procesamiento de información y de almacenamiento de datos. En electrónica, las señales de radiofrecuencia son controladas y manipuladas por elementos "bulto" en los circuitos, tales como resistencias, inductores y capacitores. En un trabajo previo, se propuso teoréticamente que las nanoestructuras ópticas, cuando son diseñadas y distribuidas adecuadamente, podrían comportarse como elementos "bulto", a nanoescala, en un circuito, pero a frecuencias ópticas. Aquí, por primera vez, se muestra experimentalmente un nanocircuito óptico bidimensional para longitudes de onda del infrarrojo medio. Tomando como guía la teoría de circuitos, se han diseñado y fabricado arreglos de nanobarras de Si3N4 con secciones transversales específicas bien por debajo de la longitud de onda, se ha evaluado cuantitativamente su impedancia como elementos "bulto" del circuito en la región del infrarrojo medio, y se ha demostrado por espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier que estas nanoestructuras en efecto pueden funcionar ópticamente como elementos "bulto" de un circuito. Además se demuestra que las conexiones entre los elementos del nanocircuito, en particular aquellas que forman combinaciones en serie o en paralelo, pueden ser controladas con la polarización de las señales ópticas incidentes, logrando realizar así la noción de "estereo-circuito" en circuitos ópticos inspirados en metamateriales metatrónicos.
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