هدف الکترونیک همواره طراحی و تولید افزاره هایی کوچک، مقرون به صرفه، کم مصرف و از همه مهم تر با سرعت بالا در پردازش و انتقال اطلاعات بوده است. میکرو الکترونیک مدرن از نظر سرعت و روش های پردازش اطلاعات به مرز خود رسیده است. ایجاد تحول اساسی در آن نظیر افزایش سرعت و کاهش ابعاد مدارها با فن آوری موجود در حال حاضر امکان پذیر نمی باشد. همان طور که مور پیش بینی کرد تعداد ترانزیستورها در مدارات مجتمع به طور پیوسته و با سرعت زیاد از زمان اختراع تراشه در حال افزایش است که موجب پردازش سریعتر، بدون افزایش قابل توجه اندازه این مدارات می شود. با این حال از سال ۲۰۰۵ تاکنون رشد قابل توجهی در ریزپردازنده ها دیده نشده است. دلیل این عدم پیشرفت تناسب نداشتن مقیاس ولتاژ و ابعاد در ترانزیستورها است.

بنابراین کارایی، سرعت و سهولت در استفاده از ادوات و مدارات نیمه رسانا مدیون مجتمع سازی آن ها می باشد. با این وجود محدودیت عرض باند و سرعت برای ادوات الکترونیکی مدرن مجتمع یک مشکل اساسی است. یک راه حل امیدوار کننده برای حل این مسئله جایگزینی سیگنال های الکترونیکی (به عنوان حاملان اطلاعات) با نور است. از این رو ترکیب الکترونیک و فوتونیک می تواند در این زمینه راهکشا واقع شود. افزاره های فوتونیکی به دلیل کار با سیگنال های نوری که فرکانس های بالاتری دارند، از افزاره های الکترونیکی سریع تر هستند. برای سال ها سیلیکون انتخابی مناسبی برای افزاره های نوری بوده است، شاید به این دلیل که از تکنولوژی سیلیکن که در الکترونیک به تکامل رسیده بود، برای مجتمع سازی افزاره های نوری نیز بهره گرفته شود؛ اما به دلیل اینکه بعضی از افزاره ها مانند موجبرها باید ابعاد بزرگی داشته باشند تا بتوانند نور را انتقال دهند، این مجتمع سازی افزاره های نوری فوتونیکی با شکست روبرو می شود. نانو پلاسمونیک می تواند با محصور کردن امواج نوری در مقیاس های کوچکتر از طول موج، راه حلی برای این مشکل باشد. نانو پلاسمونیک در حالی امکان طراحی عناصری چون موجبر را می دهد که ابعاد آن بسیار کوچکتر از همتای فوتونیکی شان است. حوزه ی پلاسمونیک، حوزه ی مهندسی پلاسمونهای سطحی است، دقیقا مانند الکترونیک و فوتونیک که به ترتیب علم دستکاری الکترون ها و فوتون ها هستند. شکل ۱٫۱ نمایی از محدوده اندازه ها و سرعت های عملکرد تکنولوژی تراشه های الکترونیکی، نوری و پلاسمونیکی را به نمایش درآورده است.


شکل ‏۱: سرعت های کاری و ابعاد مرزی تکنولوژی های مختلف افزاره ها

ساختارهای فلزی در ابعاد نانو در برهم کنش با نور خصوصیات جالب و پیچیده ای را از خود نشان می دهند. برجسته ترین پدیده ای که در این ساختارها با آن مواجه می شویم تشدید های الکترومغناطیسی است که به واسطه نوسانات گروهی الکترون های سطحی که پلاسمون نامیده می شوند به وجود می آید. خواص الکترومغناطیسی فلزات مدت های زیادی است که شناخته شده است و توجه به پلاسمون ها به سال های آغازین قرن بیستم بر می گردد، اما پیشرفت های اخیر در فناوری نانو حیات تازه ای به این حوزه از علم بخشیده است و به واسطه ی خصوصیات جالب و منحصر به فرد آن ها، این شاخه جدید از اپتیک در مقیاس نانو به وجود آمده است که پلاسمونیک نامیده می شود. در مقایسه با فوتونیک که در مقیاس های کوچک تر از طول موج با حد پراش نور محدود می شود، پلاسمونیک با دستکاری نور در مقیاس نانو سر و کار دارد. اگرچه این پیشرفت های تکنولوژیکی در ابتدا به سوی قطعات الکترونیکی مجتمع مبتنی بر نیمه هادی ها کشیده شد، هم اکنون قطعات نوری در مقیاس نانو مورد توجه بسیاری قرار گرفته اند. در حال حاضر هدایت نور در سیستم های مجتمع نوری و ارتباط آن ها با اجزای الکترونیکی، چالش های مهم در حوزه ی تحقیق و توسعه است و نانو ساختارهای فلزی یکی از اجزای مهم چنین قطعات نوری-الکترونیکی و تمام نوری کوچکتر از طول موج هستند و افزایش پهنای باند و سرعت را برای تکنولوژی اطلاعات نسل بعدی نوید می دهند. کاربردهای پلاسمونیک در مخابرات عمدتا به کنترل تلفات و هزینه تکنولوژی نانوساختی بستگی دارد. نانو مدارهای پلاسمونیکی یک پهنای باند وسیع را با سطح بالایی از فشردگی ترکیب کرده و اجزای پلاسمونیکی را در ساختن مدارهای نوری سودمند می نمایند. پلاسمون های سطحی بهترین گزینه ممکن در مجتمع سازی مدارها هستند. از جمله خصوصیات برجسته این ساختارهای پلاسمونی، متمرکز کردن امواج الکترومغناطیسی در ناحیه ای بسیار کوچکتر نسبت به طول موج است که حد پراش نامیده می شود و با استفاده از ساختارهای پلاسمونی امکان کوچک سازی مدارها و پیاده سازی افزاره های کاملا نوری فراهم می آید. از ساختارهای پلاسمونیک برای ساخت افزاره های مختلفی همچون رزوناتور، آشکار ساز، فیلتر، جدا کننده، حسگر نوری، حسگر زیستی، موجبر و … بهره گرفته می شود.

نویسنده: محمدرضا رازقی زاده