[초록빛논문] 표면 플라즈몬 주파수 부근에서의 매우 빠른 플라즈몬식 나노선 레이저

1. 논문 정보

제목: 표면 플라즈몬 주파수 부근에서의 매우 빠른 플라즈몬식 나노선 레이저

학술지: 자연 물리학

발행년월: 2014년 11월

글쓴이: 테미스토클리스 P. H. 시디로포울로스, 로버트 뢰더, 세바스찬 게버트, 오트윈 헤스, 스테판 A. 마이어, 카스텐 로닝, 루퍼트 F. 울턴

이어가기: http://dx.doi.org/10.1038/nphys3103

인용정보: Sidiropoulos, T. P., Röder, R., Geburt, S., Hess, O., Maier, S. A., Ronning, C., & Oulton, R. F. (2014). Ultrafast plasmonic nanowire lasers near the surface plasmon frequency. Nature Physics, 10(11), 870-876.

2. 초록

[번역문]

광학적 상태의 파장과 전자상태의 파장이 매우 다르기 때문에 빛과 물질의 상호작용은 느릴 수밖에 없다. 금속과 유전체의 경계에서 발생하는 전자기적 들뜸인 표면 플라즈몬 편극자는, 그 공간적 규모가 진공에서의 파장과 분리되어있어서 빛과 물질의 상호작용을 가속시킬 수 있기 때문에 지대한 관심을 받아왔다. 표면 플라즈몬 레이저의 가속된 움직임의 가능성이 최근 수 차례 보고되었음에도 불구하고, 실제로 구현되지는 않고 있었다. 본 연구단은, ZnO 산화아연 나노선 튀기 플라즈몬 레이저로부터 800 펨토초보다 짧은 (脈波) 맥파를 관찰하였음을 보고한다. 상온에서 작동하였고, 은에 기반한 플라즈몬 레이저에서 표면 플라즈몬 주파수 부근에 위치한 산화아연 들뜸알이 가속된 자발 재결합을 이끌어내었으며, 그 이득 여닫기와 이득 회복을 기존의 산화아연 나노선 레이저들과 비교하였다. 놀랍게도, 레이저의 움직임은 산화아연에서의 이득 열평형화만큼 빠를 수 있으며, 이는 (지름이 120 나노미터 미만인) 가장 가는 나노선에서의 레이저발진을 막는다. 본 연구에서 보인 국소화된 표면 플라즈몬을 매우 빠르게 증폭시키는 기술은 극히 집중된 광학장을 생성하는 방법을 제공하며, 강장 현상 물리학뿐 아니라 감지, 비선형 광 여닫기에 응용될 수 있다.

[원문]

Light–matter interactions are inherently slow as the wavelengths of optical and electronic states differ greatly. Surface plasmon polaritons — electromagnetic excitations at metal–dielectric interfaces — have generated significant interest because their spatial scale is decoupled from the vacuum wavelength, promising accelerated light–matter interactions. Although recent reports suggest the possibility of accelerated dynamics in surface plasmon lasers, this remains to be verified. Here, we report the observation of pulses shorter than 800 fs from hybrid plasmonic zinc oxide (ZnO) nanowire lasers. Operating at room temperature, ZnO excitons lie near the surface plasmon frequency in such silver-based plasmonic lasers, leading to accelerated spontaneous recombination, gain switching and gain recovery compared with conventional ZnO nanowire lasers. Surprisingly, the laser dynamics can be as fast as gain thermalization in ZnO, which precludes lasing in the thinnest nanowires (diameter less than 120 nm). The capability to combine surface plasmon localization with ultrafast amplification provides the means for generating extremely intense optical fields, with applications in sensing, nonlinear optical switching, as well as in the physics of strong-field phenomena.

3. 용어 대응

polariton: 편극자

excitation: 들뜸

hybrid: 튀기

plasmonic: 플라즈몬식

pulse: (脈波) 맥파

exciton: 들뜸알

switching: 여닫기

thermalization: 열평형화

optical field: 광학장

4. 그림

끝

2015년 1월 28일

과꾸로

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초록빛논문 소개:

모든 중요 논문이 영어로 나오는 시대에, 한국의 연구자들이 최근 연구를 쉽게 접할 수 있도록, 논문의 초록을 한국어로 번역하여 소개한다. 한국어 용어는 한국물리학회의 물리학 용어집을 기본적으로 따른다. 초록이 없는 논문의 경우 초록 대신 논문 본문의 첫 문단을 번역하여 소개한다. 분야는 나노광학, 표면 플라즈몬, 메타물질 등을 다룬다.

번역자

카이스트 물리학 박사

현재 호주 연방연구소 CSIRO 박사후 연구원

이어가기: http://www.yhwang.info

트위터: @gguro

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