将光挤压到金属中

犹他大学的电气工程师使用廉价的喷墨打印机，制造出利用金属中的光来携带信息的微观结构。这种新技术可以控制这种微结构中的导电性，可用于快速制造电子设备中的超高速组件，使无线技术更快或打印磁性材料。

这项研究发表在杂志的网络版上先进光学材料．

高速互联网和其他数据传输技术依赖于通过带宽非常高的光纤传输的光，这是数据传输速度的一个衡量标准。缩小这些光纤可以将更多的数据压缩到更小的空间中，但有一个问题:光纤的数据容量达到了极限，因为光被压缩到越来越小的空间中。

相比之下，电子电路可以在硅晶圆上做成小得多的尺寸。然而，电子数据传输在低得多的带宽频率下运行，减少了可以携带的数据量。

最近发现的一种叫做等离子体的技术结合了光学和电子数据传输的最佳方面。通过将光挤进尺寸远小于其波长的金属结构中，数据可以以更高的频率传输，例如太赫兹频率，它位于电磁辐射光谱中的微波和红外光之间，包括x射线、可见光和伽马射线。银和金等金属是特别有前途的等离子体材料，因为它们增强了这种拥挤效应。

犹他大学电气与计算机工程教授、这项新研究的高级作者Ajay Nahata说:“目前很少有成熟的技术可以制造太赫兹等离子体器件，这种器件有潜力制造蓝牙等无线设备，其工作频率为2.4千兆赫，比目前的速度快1000倍。”

Nahata和他的同事们使用一个市面上可以买到的喷墨打印机和两个装满银墨和碳墨的不同颜色墨盒，在2.5英寸× 2.5英寸的塑料片上打印了10种不同的等离子体结构，这些结构有2500个不同大小和间距的孔。

测试的四个阵列有直径450微米的孔——大约是人类头发宽度的4倍——并且间隔1 / 25英寸。根据使用的银墨和碳墨的相对数量，研究人员可以控制等离子体阵列的导电性，或者它携带电流的效率。

Nahata说:“使用一台60美元的喷墨打印机，我们开发了一种低成本、广泛适用的方法来制造等离子体材料。”“因为我们可以完全按照我们想要的方式绘制和打印这些结构，我们的技术可以快速改变金属的等离子体特性，而不需要通常用于制造这些结构的数百万美元的仪器。”

等离子体阵列目前使用微型制造技术，需要昂贵的设备，一次只能制造一个阵列。到目前为止，对研究人员来说，控制这些阵列的导电性是极其困难的。

Nahata和他在犹他大学工程学院的同事使用太赫兹成像来测量打印等离子体阵列对光束的影响。当频率太赫兹的光被定向到金属层的周期性孔阵列上时，就会产生共振，这一基本性质最好的例子是香槟笛子在遇到正确音高的音乐音调时破碎。

太赫兹成像可用于无损检测，如包装中的炭疽细菌武器检测或航天器的绝缘检查。通过研究太赫兹光如何通过打印阵列传输，犹他大学的研究小组表明，只需改变用于打印阵列的碳和银墨水的数量，就可以用来改变通过这种结构的传输。

Nahata说，有了这种新的打印技术，“我们可以在这些设备中对光的传输和电导率进行额外的控制——现在你可以设计打印机可以产生的尽可能多的不同变化的结构。”

Nahata说，这些更快的等离子体阵列最终可能用于:

• 无线设备，因为阵列允许数据更快地传输。目前，许多研究小组正在积极研究这一应用。
• 在不同的设备中印刷磁性材料以获得更大的功能(导电性更低，更紧凑)。Nahata说，这项技术还需要五年多的时间才能实现。

尽管犹他大学的研究小组使用了两种不同的墨水，但根据不同的应用，一台四色喷墨打印机最多可以使用四种不同的墨水。

Nahata与犹他大学电气和计算机工程研究生Barun Gupta和Shashank Pandey，以及该大学冶金工程教授Sivaraman Guruswamy共同进行了这项研究。这项研究由美国国家科学基金会通过犹他大学材料研究科学与工程中心资助。

犹他大学工程学院

www.coe.utah.edu

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