GOALI:Tradeoffs in Heat Dissipation and Optical Performance at Plasmonic Interfaces
目标:等离子界面散热和光学性能的权衡
基本信息
- 批准号:1403447
- 负责人:
- 金额:$ 34.01万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2014
- 资助国家:美国
- 起止时间:2014-07-01 至 2017-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
CBET-1403447MalenThe GOALI partnership between Carnegie-Melon University (CMU) and and Seagate Technology makes the research directly applicable to development of new technologies in the data storage industry. The next generation of high-density storage will be enabled by laser-excited near field transducers (NFTs) that focus electromagnetic energy onto thermally-activated nanometer-scale magnetic bits. Heat fluxes in excess of 100 times that present at the sun's surface at the functional end of an NFT can result in excessive operating temperatures. Similar limitations pervade plasmonics used for chemical catalysis, bio-sensing, and steam generation. Further, the proposed in-situ measurement of the interface temperature will enable entirely new metrology of plasmonic structures, and represents a step towards near field thermoreflectance metrology. The educational activities will expose students to industry-driven academic research through curriculum development, guest lectures and seminars, and potential internships at Seagate. Seagate, in turn, will receive exposure at CMU through integration of the research topics and results within courses taught by the academic PIs. The technical objective of this GOALI proposal is to experimentally study tradeoffs in heat dissipation and optical performance at plasmonic interfaces modified by nanoscale adhesion layers. The interdisciplinary research team will study the nature of plasmonic resonance, electron-phonon coupling, and phonon transmission in metal-dielectric interfaces with metal adhesion layers. Open scientific questions include: how do adhesion layers influence the physics of phonon transmission across a metal-dielectric interface and plasmonic resonance at the interface? Can the temperature dependence of plasmonic resonance be used to make in-situ measurements of interface temperature and thermal properties? To answer these questions, the research will investigate transport in prototypical Au/SiO2 and Au/AlN plasmonic interfaces with Cu, Ti, Al, Cr, and Be adhesion layers as a function of thickness from 1-5 nm. Relative to Au, these metals have successively better electron-phonon coupling and vibrational alignment with the dielectrics. Thin film samples will be sputtered and imaged by TEM. Thermal interface conductance will be measured using two independent pump-probe thermoreflectance techniques. Plasmonic response in waveguides incorporating the adhesion layers will be measured with near-field scanning optical microscopy. A novel in-situ pump-probe measurement of the thermal properties and temperature of the metal-dielectric interface will be developed.
CBET-1403447Malen 卡内基梅隆大学 (CMU) 与 Seagate Technology 之间的 GOALI 合作伙伴关系使该研究直接适用于数据存储行业新技术的开发。 下一代高密度存储将通过激光激发近场换能器(NFT)实现,该换能器将电磁能聚焦到热激活纳米级磁位上。 NFT 功能端太阳表面的热通量超过 100 倍可能会导致工作温度过高。 用于化学催化、生物传感和蒸汽发生的等离子体激元也存在类似的局限性。 此外,所提出的界面温度原位测量将使等离子体结构的全新计量成为可能,并代表着向近场热反射计量迈出了一步。 这些教育活动将通过课程开发、客座讲座和研讨会以及潜在的希捷实习机会,让学生接触到行业驱动的学术研究。 反过来,希捷将通过将研究主题和结果整合到学术 PI 教授的课程中,在卡耐基梅隆大学获得曝光。 该 GOALI 提案的技术目标是通过实验研究纳米级粘附层修饰的等离子体界面处的散热和光学性能的权衡。该跨学科研究小组将研究具有金属粘附层的金属-电介质界面中的等离子体共振、电子-声子耦合和声子传输的性质。开放的科学问题包括:粘附层如何影响金属-电介质界面上的声子传输和界面处的等离子体共振的物理原理?等离子体共振的温度依赖性可以用于界面温度和热性能的原位测量吗?为了回答这些问题,该研究将研究典型的 Au/SiO2 和 Au/AlN 等离激元界面与 Cu、Ti、Al、Cr 和 Be 粘附层的传输情况,作为 1-5 nm 厚度的函数。相对于金,这些金属先后具有更好的电子声子耦合和与电介质的振动对准。 薄膜样品将被溅射并通过 TEM 成像。 热界面电导将使用两种独立的泵浦-探针热反射技术来测量。将使用近场扫描光学显微镜测量包含粘附层的波导中的等离子体响应。 将开发一种新颖的原位泵浦探针测量金属-电介质界面的热性质和温度。
项目成果
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