Metallid on kanoonilised plasmoonsed kandjad infrapuna- ja optilise lainepikkusega, võimaldades valgust nanoskaalas juhtida ja sellega manipuleerida. Metallid on suurepärased soojuse ja elektri ülekandmisel, kuid neid ei peeta sageli valguse juhtimiseks.
Uus uuring, mille autor on Columbia University teatab metallist, mis suudab valgust läbi selle juhtida.
Teadlased on uurinud ZrSiSe nime all tuntud poolmetallmaterjali optilisi omadusi. 2020. aastal leidsid nad, et ZrSiSe jagab elektroonilisi sarnasusi graphene. ZrSiSe-s esinevad täiustatud elektroonilised korrelatsioonid, mis on Diraci poolmetallide puhul haruldased.
Erinevalt grafeenist, ühest aatomiõhukesest süsinikukihist, on ZrSiSe kolmemõõtmeline metallikristall. See on valmistatud kihtidest, mis käituvad erinevalt tasapinnalises ja -välises suunas. Seda omadust tuntakse anisotroopina.
Yinming Shao, praegu Columbia järeldoktor, ütles: "See on nagu võileib: üks kiht toimib nagu metall, teine kiht aga isolaatorina. Kui see juhtub, hakkab valgus teatud sagedustel metalliga ebatavaliselt suhtlema. Selle asemel, et põrkuda, võib see liikuda materjali sees siksakilise mustriga, mida me nimetame hüperboolseks levimiseks.
Selles uuringus kasutasid teadlased erineva paksusega ZrSiSe proove, et näha selliseid valguse siksakilisi liikumisi või niinimetatud hüperboolseid lainejuhi režiime. Need lainejuhid, mis on plasmonid, tekivad siis, kui valgusfootonid ühinevad elektronvõnkudega, moodustades hübriidsed kvaasiosakesed mis võivad suunata valgust läbi materjali.
Teadlased märkisid, "See on ZrSiSe ainulaadne elektronide energiatasemete vahemik, mida nimetatakse elektroonilise riba struktuuriks, mis võimaldas meeskonnal neid selles materjalis jälgida."
Plasmoonid võivad proovis olevaid tunnuseid "suurendada", võimaldades teadlastel näha optiliste mikroskoopide difraktsioonipiiri, mis muidu ei suuda eristada detaile, mis on väiksemad kui nende kasutatava valguse lainepikkus.
Shao ütles, "Kasutades hüperboolseid plasmone, saaksime lahendada vähem kui 100 nanomeetriseid funktsioone, kasutades infrapunavalgust, mis on sadu kordi pikk."
"ZrSiSe saab koorida erineva paksusega, muutes selle huvitavaks võimaluseks nanooptika uurimisel, mis eelistab üliõhukesi materjale. Kuid see pole tõenäoliselt ainus väärtuslik materjal - siit soovib rühm uurida teisi, millel on ZrSiSe-ga sarnasusi, kuid millel võivad olla veelgi soodsamad lainejuhtimise omadused. See võib meid aidata töötada välja tõhusamad optilised kiibid ja paremad nanooptika lähenemisviisid, et uurida põhiküsimusi kvantmaterjalid. "
Ajakirja viide:
- Yinming Shao et al. Infrapunaplasmonid levivad hüperboolse sõlmmetalli kaudu. Teadus ettemaksed (2022). DOI: 10.1126/sciadv.add6169
