材料科学：近赤外において安定で高性能なナトリウム系プラズモニックデバイス

プラズモニクスは、光の回折限界を超えた光の操作を可能にすることから、フォトニックデバイス、光学クローキング、生物化学センシング、超解像撮像などの応用に利点を与える可能性がある。しかし、プラズモニックデバイスに不可欠な電場閉じ込め能力には、常に寄生のオーム損失が伴い、デバイス性能が大きく低下する。そのため、貴金属より損失の低いプラズモニック材料（電子が集団的に振動する材料）が長い間探し求められてきた。今回我々は、近赤外波長において最先端の性能を有する、安定したナトリウム系プラズモニックデバイスを示す。我々は、熱支援スピンコーティングプロセスを使って、電子緩和時間が0.42 psと長い、高品質のナトリウム薄膜を作製した。直接導波路実験によって、ナトリウム–石英界面に担持された表面プラズモンポラリトンの伝播長が、近赤外波長で200 μmに達することがあると示された。さらに我々は、レーザー発振しきい値が140 kW cm⁻²という、室温のナトリウム系プラズモニックナノレーザーを実証する。この値は、これまで報告された近赤外波長のプラズモニックナノレーザーより小さい。これらのナトリウム系プラズモニックデバイスは、エポキシでパッケージングした後、数か月にわたって周囲条件下で安定な性能を示した。今回の結果は、プラズモニックデバイスの性能を、貴金属を使ったデバイスを超えて大幅に改善できることを示しており、これはプラズモニクス、ナノフォトニクス、メタマテリアルへの応用に影響を及ぼす。

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