A fémek kanonikus plazmonikus közegek infravörös és optikai hullámhosszon, lehetővé téve a fény irányítását és manipulálását nanoskálán. A fémek kiválóak a hő és az elektromosság átadására, de nem gyakran tekintik őket fényvezetési eszköznek.
Egy új tanulmányt készített Columbia Egyetem beszámol egy fémről, amely képes átvezetni rajta a fényt.
A tudósok a ZrSiSe néven ismert félfém anyag optikai tulajdonságait vizsgálták. 2020-ban azt találták, hogy a ZrSiSe elektronikus hasonlóságokat mutat grafén. Fokozott elektronikus korrelációk, amelyek nem gyakoriak a Dirac félfémeknél, jelen vannak a ZrSiSe-ben.
A graféntől eltérően, egyetlen atomvékony szénréteg, a ZrSiSe egy háromdimenziós fémkristály. Síkon belüli és síkon kívüli irányban eltérően viselkedő rétegekből áll. Ez a tulajdonság anizotrópia néven ismert.
Yinming Shao, aki jelenleg a Columbia posztdoktori, azt mondta: „Olyan ez, mint egy szendvics: az egyik réteg fémként, míg a következő réteg szigetelőként működik. Amikor ez megtörténik, a fény bizonyos frekvenciákon szokatlanul kölcsönhatásba lép a fémmel. Ahelyett, hogy visszapattanna, cikk-cakk mintában mozoghat az anyag belsejében, amit hiperbolikus terjedésnek nevezünk.”
Ebben a tanulmányban a tudósok különböző vastagságú ZrSiSe mintákat használtak, hogy szemtanúi legyenek a fény cikcakk mozgásának vagy az úgynevezett hiperbolikus hullámvezető módoknak. Ezek a hullámvezetők, amelyek plazmonok, akkor keletkeznek, amikor a fényfotonok elektronoszcillációkkal kombinálva képződnek hibrid kvázirészecskék amely a fényt egy anyagon keresztül irányíthatja.
A tudósok megjegyezték, "A ZrSiSe elektronenergia-szintjének egyedülálló tartománya, az úgynevezett elektronikus sávszerkezet tette lehetővé, hogy a csapat megfigyelje őket ebben az anyagban."
A plazmonok képesek „felnagyítani” a minták jellemzőit, így a tudósok átláthatnak az optikai mikroszkópok diffrakciós határán, amelyek egyébként nem képesek megkülönböztetni az általuk használt fény hullámhosszánál kisebb részleteket.
Shao mondott, "Hiperbolikus plazmonok segítségével több százszor hosszú infravörös fény segítségével 100 nanométernél kisebb jellemzőket is feloldhatunk."
„A ZrSiSe különböző vastagságúra hámozható, így érdekes lehetőség az ultravékony anyagokat előnyben részesítő nanooptikai kutatásokhoz. Valószínűleg azonban nem ez az egyetlen értékes anyag – innentől kezdve a csoport másokat is szeretne feltárni, amelyek hasonlóak a ZrSiSe-hez, de esetleg még kedvezőbb hullámvezető tulajdonságokkal rendelkeznek. Ez segíthet nekünk hatékonyabb optikai chipek és jobb nanooptikai megközelítések kifejlesztése az alapvető kérdések feltárására kvantum anyagok. "
Journal Reference:
- Yinming Shao et al. Az infravörös plazmonok hiperbolikus csomóponti fémen keresztül terjednek. Tudomány előlegek (2022). DOI: 10.1126/sciadv.add6169
