金属は、赤外線および光学波長における標準的なプラズモニック媒体であり、ナノスケールで光を導いて操作することができます。金属は熱と電気の伝達に優れていますが、光を伝導する手段とは考えられていません。
新しい研究 コロンビア大学 光を伝導できる金属について報告しています。
科学者たちは、ZrSiSeとして知られる半金属材料の光学的特性を研究してきました。 2020年に、彼らはZrSiSeが電子的に類似していることを発見しました。 グラフェン。ディラック半金属では珍しい電子相関の強化が ZrSiSe に存在します。
単一の原子の薄さの炭素層であるグラフェンとは異なり、ZrSiSe は三次元の金属結晶です。これは、面内方向と面外方向で異なる動作をする層で構成されています。この特性は異方性として知られています。
現在コロンビア大学の博士研究員であるインミン・シャオ氏はこう語った。 「これはサンドイッチのようなものです。ある層は金属のように機能し、次の層は絶縁体のように機能します。それが起こると、光は特定の周波数で金属と異常な相互作用を開始します。跳ね返る代わりに、材料内をジグザグに移動することができ、これを双曲線伝播と呼んでいます。」
この研究では、科学者はさまざまな厚さの ZrSiSe サンプルを使用して、このような光のジグザグ運動、またはいわゆる双曲導波モードを観察しました。プラズモンであるこれらの導波路は、光の光子が電子振動と結合して形成されるときに生成されます。 ハイブリッド準粒子 マテリアルを通して光を導く可能性があります。
科学者たちは、 「電子バンド構造と呼ばれる、ZrSiSe の電子エネルギー準位の独特の範囲により、研究チームはこの材料で電子エネルギー準位を観察することができました。」
プラズモンはサンプル内の特徴を「拡大」することができるため、科学者は光学顕微鏡の回折限界を超えて見ることができます。光学顕微鏡では、使用する光の波長よりも小さい細部を区別することができません。
少 と, 「双曲プラズモンを使用すると、数百倍の長さの赤外線を使用して 100 ナノメートル未満の特徴を分解できます。」
「ZrSiSe はさまざまな厚さに剥がすことができるため、極薄材料を好むナノ光学研究にとって興味深い選択肢となります。しかし、おそらく価値のある材料はこれだけではない。今後、グループは、ZrSiSeと類似点を共有しながら、さらに有利な導波特性を持つ可能性のある他の材料を探索したいと考えている。それは私たちを助けるかもしれない より効率的な光学チップとより優れたナノ光学アプローチを開発して、 量子材料に設立された地域オフィスに加えて、さらにローカルカスタマーサポートを提供できるようになります。」
ジャーナルリファレンス：
- シャオ・インミンら。 赤外線プラズモンは双曲面の節点金属を通って伝播します。 科学の進歩 （2022）。 DOI： 10.1126/sciadv.add6169
