فلزات رسانه های پلاسمونیک متعارف در طول موج های مادون قرمز و نوری هستند که به فرد اجازه می دهند نور را در مقیاس نانو هدایت و دستکاری کنند. فلزات در انتقال گرما و الکتریسیته عالی هستند، اما اغلب به عنوان وسیله ای برای هدایت نور در نظر گرفته نمی شوند.
یک مطالعه جدید توسط دانشگاه کلمبیا گزارش در مورد فلزی که می تواند نور را از طریق آن عبور دهد.
دانشمندان در حال بررسی خواص نوری یک ماده نیمه فلزی به نام ZrSiSe هستند. در سال 2020، آنها دریافتند که ZrSiSe شباهت های الکترونیکی با آن دارد گرافن. همبستگی های الکترونیکی پیشرفته، غیرمعمول برای نیمه فلزات دیراک، در ZrSiSe وجود دارد.
بر خلاف گرافن، یک لایه کربن منفرد و نازک به اندازه اتم، ZrSiSe یک کریستال فلزی سه بعدی است. از لایه هایی ساخته شده است که در جهت درون صفحه و خارج از صفحه رفتار متفاوتی دارند. این ویژگی به نام ناهمسانگردی شناخته می شود.
یین‌مینگ شائو که اکنون فوق دکترای کلمبیا است، گفت: این شبیه به یک ساندویچ است: یک لایه مانند یک فلز عمل می کند در حالی که لایه بعدی مانند یک عایق عمل می کند. هنگامی که این اتفاق می افتد، نور شروع به تعامل غیرعادی با فلز در فرکانس های خاص می کند. به جای جهش، می تواند در داخل ماده در یک الگوی زیگزاگ حرکت کند که ما آن را انتشار هذلولی می نامیم.
در این مطالعه، دانشمندان از نمونه‌های ZrSiSe با ضخامت‌های مختلف برای مشاهده چنین حرکات زیگزاگی نور یا به اصطلاح حالت‌های موجبرهای هیپربولیک استفاده کردند. این موجبرها که پلاسمون هستند، زمانی تولید می شوند که فوتون های نور با نوسانات الکترونی ترکیب شوند و تشکیل شوند. شبه ذرات هیبریدی که ممکن است نور را از طریق یک ماده هدایت کند.
دانشمندان خاطرنشان کردند، این محدوده منحصر به فرد سطوح انرژی الکترون، به نام ساختار نوار الکترونیکی ZrSiSe است که به تیم اجازه داد تا آنها را در این ماده مشاهده کنند.
پلاسمون‌ها می‌توانند ویژگی‌های یک نمونه را «بزرگ‌نمایی» کنند و دانشمندان را قادر می‌سازد تا حد پراش میکروسکوپ‌های نوری را که در غیر این صورت قادر به تشخیص جزئیات کوچک‌تر از طول موج نوری هستند که استفاده می‌کنند، ببینند.
شائو گفت:, با استفاده از پلاسمون های هذلولی، می توانیم با استفاده از نور مادون قرمز صدها برابر، ویژگی های کمتر از 100 نانومتر را حل کنیم.
ZrSiSe را می‌توان به ضخامت‌های مختلف پوست کند، و آن را به گزینه‌ای جالب برای تحقیقات نانواپتیکی تبدیل می‌کند که به نفع مواد فوق‌العاده نازک است. اما، احتمالاً این تنها ماده ارزشمند نیست - از اینجا، گروه می‌خواهد مواد دیگری را که شباهت‌هایی با ZrSiSe دارند، اما ممکن است ویژگی‌های هدایت موج مطلوب‌تری داشته باشند، کشف کند. این می تواند به ما کمک کند توسعه تراشه های نوری کارآمدتر و رویکردهای نانو اپتیکی بهتر برای بررسی سوالات اساسی در مورد مواد کوانتومی"
مرجع مجله:
- یین مینگ شائو و همکاران پلاسمون های مادون قرمز از طریق یک فلز گره ای هذلولی منتشر می شوند. با پیشرفتهای علمی (2022) DOI: 10.1126/sciadv.add6169
