Los metales son medios plasmónicos canónicos en longitudes de onda ópticas e infrarrojas, lo que permite guiar y manipular la luz a nanoescala. Los metales son excelentes para transferir calor y electricidad, pero frecuentemente no se los considera un medio para conducir la luz.
Un nuevo estudio de Columbia Uiversity informes sobre un metal que puede conducir la luz a través de él.
Los científicos han estado investigando las propiedades ópticas de un material semimetálico conocido como ZrSiSe. En 2020, descubrieron que ZrSiSe comparte similitudes electrónicas con grafeno. En ZrSiSe están presentes correlaciones electrónicas mejoradas, poco comunes para los semimetales de Dirac.
A diferencia del grafeno, una única capa de carbono del grosor de un átomo, el ZrSiSe es un cristal metálico tridimensional. Está formado por capas que se comportan de manera diferente en las direcciones dentro y fuera del plano. Esta propiedad se conoce como anisotropía.
Yinming Shao, ahora postdoctorado en Columbia, dijo: “Es como un sándwich: una capa actúa como un metal mientras que la siguiente actúa como un aislante. Cuando eso sucede, la luz comienza a interactuar inusualmente con el metal en ciertas frecuencias. En lugar de rebotar, puede viajar dentro del material en zigzag, lo que llamamos propagación hiperbólica”.
En este estudio, los científicos utilizaron muestras de ZrSiSe de diversos espesores para presenciar tales movimientos en zigzag de la luz o los llamados modos de guía de ondas hiperbólicas. Estas guías de ondas, que son plasmones, se producen cuando los fotones de luz se combinan con oscilaciones de electrones para formar cuasipartículas híbridas que puede dirigir la luz a través de un material.
Los científicos señalaron, "Es el rango único de niveles de energía de los electrones, llamado estructura de banda electrónica, de ZrSiSe lo que permitió al equipo observarlos en este material".
Los plasmones pueden "magnificar" las características de una muestra, lo que permite a los científicos ver más allá del límite de difracción de los microscopios ópticos, que de otro modo no podrían distinguir detalles más pequeños que la longitud de onda de la luz que utilizan.
Shao dijo, "Utilizando plasmones hiperbólicos, podríamos resolver características de menos de 100 nanómetros utilizando luz infrarroja de cientos de veces de longitud".
“El ZrSiSe se puede pelar en diferentes espesores, lo que lo convierte en una opción interesante para la investigación en nanoóptica que favorece los materiales ultrafinos. Pero probablemente no sea el único material valioso; a partir de aquí, el grupo quiere explorar otros que compartan similitudes con ZrSiSe pero que podrían tener propiedades de guía de ondas aún más favorables. Eso podría ayudarnos desarrollar chips ópticos más eficientes y mejores enfoques nanoópticos para explorar cuestiones fundamentales sobre materiales cuánticos."
Referencia de la revista:
- Yinming Shao et al. Los plasmones infrarrojos se propagan a través de un metal nodal hiperbólico. Science Advances (2022). DUELE: 10.1126/sciadv.add6169
