المعادن عبارة عن وسائط بلازمونية أساسية عند الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء والبصرية، مما يسمح للشخص بتوجيه الضوء ومعالجته على مقياس النانو. المعادن ممتازة في نقل الحرارة والكهرباء، لكنها لا تعتبر في كثير من الأحيان وسيلة لتوصيل الضوء.
دراسة جديدة من قبل جامعة كولومبيا تقارير عن معدن يمكنه توصيل الضوء من خلاله.
كان العلماء يدرسون الخصائص البصرية لمادة شبه معدنية تعرف باسم ZrSiSe. وفي عام 2020، وجدوا أن ZrSiSe تشترك في أوجه التشابه الإلكترونية مع الجرافين. توجد ارتباطات إلكترونية محسنة، غير شائعة في أشباه معادن ديراك، في ZrSiSe.
على عكس الجرافين، وهو طبقة كربونية رقيقة بذرة واحدة، فإن ZrSiSe عبارة عن بلورة معدنية ثلاثية الأبعاد. وهي مصنوعة من طبقات تتصرف بشكل مختلف في الاتجاهين داخل الطائرة وخارجها. تُعرف هذه الخاصية باسم تباين الخواص.
قال ينمينج شاو، وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كولومبيا، "إنها مثل الساندويتش: طبقة واحدة تعمل كمعدن بينما تعمل الطبقة التالية كعازل. وعندما يحدث ذلك، يبدأ الضوء في التفاعل بشكل غير عادي مع المعدن عند ترددات معينة. وبدلاً من الارتداد، يمكن أن ينتقل داخل المادة بنمط متعرج، وهو ما نسميه الانتشار الزائدي.
في هذه الدراسة، استخدم العلماء عينات ZrSiSe ذات سماكات مختلفة لمشاهدة مثل هذه الحركات المتعرجة للضوء أو ما يسمى بأنماط الدليل الموجي الزائدي. يتم إنتاج هذه الأدلة الموجية، وهي البلازمونات، عندما تتحد فوتونات الضوء مع تذبذبات الإلكترون لتشكل أشباه الجسيمات الهجينة والتي قد توجه الضوء من خلال مادة.
لاحظ العلماء ، "إن النطاق الفريد من مستويات طاقة الإلكترون، والذي يسمى بنية النطاق الإلكتروني، لـ ZrSiSe هو الذي سمح للفريق بمراقبتها في هذه المادة."
يمكن للبلازمونات "تكبير" الميزات في العينة، مما يمكّن العلماء من رؤية ما يتجاوز حد حيود المجاهر الضوئية، والتي بخلاف ذلك غير قادرة على تمييز التفاصيل الأصغر من الطول الموجي للضوء الذي تستخدمه.
شاو محمد, "باستخدام البلازمونات الزائدية، يمكننا حل الميزات التي يقل طولها عن 100 نانومتر باستخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي يبلغ طوله مئات المرات."
"يمكن تقشير ZrSiSe بسماكات مختلفة، مما يجعله خيارًا مثيرًا للاهتمام لأبحاث البصريات النانوية التي تفضل المواد فائقة الرقة. ولكن من المحتمل ألا تكون هذه المادة الوحيدة ذات القيمة. ومن هنا، يرغب الفريق في استكشاف مواد أخرى تشترك في أوجه التشابه مع ZrSiSe، ولكن قد يكون لها خصائص توجيه موجية أكثر ملاءمة. يمكن أن يساعدنا ذلك تطوير شرائح بصرية أكثر كفاءة وأساليب أفضل للبصريات النانوية لاستكشاف الأسئلة الأساسية حولها المواد الكمومية".
المرجع مجلة:
- ينمينغ شاو وآخرون. تنتشر بلازمونات الأشعة تحت الحمراء من خلال معدن عقدي قطعي. علم السلف (2022). معرف الهوية الرقمي: 10.1126 / sciadv.add6169
