新器件可调制光并放大微小信号

想象一个颗粒，只有细菌直径的十分之一，其微小的抖动会在整个机械装置中引起持续振动，大约50倍。美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员通过巧妙利用光，电子在金属表面和热量之间的相互作用，首次创造了一种等离子体力学振荡器(PMO)，因为它紧密地命名将等离子体 - 电子在金属纳米粒子表面的集体振荡 - 耦合到它嵌入的大得多的器件的机械振动中。

整个系统，不比红血球大，具有无数的技术应用。它为机械振荡器的小型化提供了新的方法，改善了依赖于光调制的通信系统，极大地放大了极弱的机械和电子信号，并为纳米粒子的微小运动创建了精确灵敏的传感器。

NIST的研究人员Brian Roxworthy和Vladimir Aksyuk在最近一期Optica中描述了他们的工作。

该装置由金纳米粒子组成，直径约100纳米，嵌入微型悬臂 - 微型跳板 - 由氮化硅制成。气隙夹在这些部件和下面的金板之间; 间隙的宽度由静电致动器控制 - 静电致动器 - 一个薄金膜，位于悬臂顶上，并在施加电压时向板弯曲。纳米粒子充当单个等离子体结构，其具有随着间隙的大小而变化的自然或共振频率，就像调整吉他弦改变弦回响的频率一样。

当光源(在这种情况下是激光)照射在系统上时，它使谐振器中的电子振荡，从而升高谐振器的温度。这为PMO中的光，热和机械振动之间的复杂交换奠定了基础，赋予系统若干关键属性。

通过向挤压间隙的静电致动器施加小的直流电压，Roxworthy和Aksyuk改变了谐振器振动的光学频率和系统反射的激光强度。这种光机械耦合是非常需要的，因为它可以调制和控制硅芯片上的光流并且形成在自由空间中传播的光束的传播。

第二特性涉及谐振器吸收激光时产生的热量。热量导致薄金膜致动器膨胀。扩展缩小了间隙，降低了嵌入式谐振器振动的频率。相反，当温度降低时，致动器收缩，加宽间隙并增加谐振器的频率。

至关重要的是，执行器施加的力总是将悬臂踢向与悬臂已经行进的方向相同的方向。如果入射激光足够强大，这些踢动会导致悬臂经历自持振荡，其幅度比装置的振荡大数千倍，这是由于其自身原子在室温下的振动。

“这是第一次出现尺寸小于可见光的单个等离子体谐振器产生机械装置的这种自持振荡，”Roxworthy说。

该团队还首次证明，如果静电执行器向PMO提供小的机械力，在系统经历这些自持振荡的同时发生变化，PMO可以锁定在微小的可变信号上并大大放大。研究人员表明，即使信号的幅度小到十万分之一米，他们的设备也可以放大来自相邻系统的微弱信号。Roxworthy说，这种能力可以转化为检测小振荡信号的巨大改进。