Logam adalah media plasmonik kanonik pada panjang gelombang inframerah dan optik, yang memungkinkan seseorang memandu dan memanipulasi cahaya pada skala nano. Logam sangat baik dalam memindahkan panas dan listrik, namun logam jarang dianggap sebagai bahan penghantar cahaya.
Sebuah studi baru oleh Columbia University laporan tentang logam yang dapat menghantarkan cahaya melaluinya.
Para ilmuwan telah menyelidiki sifat optik dari bahan semimetal yang dikenal sebagai ZrSiSe. Pada tahun 2020, mereka menemukan bahwa ZrSiSe memiliki kesamaan elektronik graphene. Korelasi elektronik yang ditingkatkan, yang jarang terjadi pada semimetal Dirac, terdapat di ZrSiSe.
Tidak seperti graphene, lapisan karbon tunggal setipis atom, ZrSiSe adalah kristal logam tiga dimensi. Itu terbuat dari lapisan yang berperilaku berbeda dalam arah dalam dan luar bidang. Properti ini dikenal sebagai anisotropi.
Yinming Shao, sekarang seorang postdoc di Columbia, berkata, “Ini seperti sandwich: satu lapisan bertindak seperti logam sedangkan lapisan berikutnya bertindak seperti isolator. Ketika itu terjadi, cahaya mulai berinteraksi secara tidak biasa dengan logam pada frekuensi tertentu. Alih-alih memantul, ia dapat bergerak di dalam materi dalam pola zigzag, yang kami sebut propagasi hiperbolik.”
Dalam penelitian ini, para ilmuwan menggunakan sampel ZrSiSe dengan berbagai ketebalan untuk menyaksikan pergerakan cahaya zigzag atau yang disebut mode pandu gelombang hiperbolik. Pandu gelombang ini, yang merupakan plasmon, dihasilkan ketika foton cahaya bergabung dengan osilasi elektron untuk membentuk kuasipartikel hibrida yang dapat mengarahkan cahaya melalui suatu bahan.
Para ilmuwan mencatat, “Ini adalah rentang unik tingkat energi elektron, yang disebut struktur pita elektronik, ZrSiSe yang memungkinkan tim untuk mengamatinya dalam material ini.”
Plasmon dapat “memperbesar” fitur-fitur dalam suatu sampel, memungkinkan para ilmuwan untuk melihat melampaui batas difraksi mikroskop optik, yang tidak dapat membedakan detail yang lebih kecil dari panjang gelombang cahaya yang mereka gunakan.
Shao tersebut, “Dengan menggunakan plasmon hiperbolik, kami dapat menyelesaikan fitur yang berukuran kurang dari 100 nanometer menggunakan cahaya inframerah yang panjangnya ratusan kali lipat.”
“ZrSiSe dapat dikupas dengan ketebalan berbeda, menjadikannya pilihan menarik untuk penelitian nano-optik yang mengutamakan material ultra-tipis. Namun, kemungkinan besar itu bukan satu-satunya material yang berharga—dari sini, kelompok tersebut ingin mengeksplorasi material lain yang memiliki kesamaan dengan ZrSiSe tetapi mungkin memiliki sifat pemandu gelombang yang lebih baik. Itu bisa membantu kami mengembangkan chip optik yang lebih efisien dan pendekatan nano-optik yang lebih baik untuk mengeksplorasi pertanyaan mendasar bahan kuantum. "
Referensi Jurnal:
- Yinming Shao dkk. Plasmon inframerah merambat melalui logam nodal hiperbolik. Kemajuan ilmu pengetahuan (2022). DOI: 10.1126/sciadv.add6169
