금속은 적외선 및 광학 파장의 표준 플라즈몬 매체이므로 나노 규모에서 빛을 안내하고 조작할 수 있습니다. 금속은 열과 전기를 전달하는 데 탁월하지만 빛을 전도하는 수단으로 자주 간주되지는 않습니다.
새로운 연구 Columbia University 빛을 전도할 수 있는 금속에 대해 보고합니다.
과학자들은 ZrSiSe로 알려진 반금속 물질의 광학적 특성을 조사해 왔습니다. 2020년에 그들은 ZrSiSe가 다음과 전자적 유사성을 공유한다는 것을 발견했습니다. 그래 핀. Dirac 반금속에서는 흔하지 않은 향상된 전자 상관 관계가 ZrSiSe에 존재합니다.
단일 원자 얇은 탄소층인 그래핀과 달리 ZrSiSe는 3차원 금속 결정입니다. 이는 평면 내 방향과 평면 외 방향에서 다르게 동작하는 레이어로 구성됩니다. 이 속성을 이방성이라고 합니다.
현재 컬럼비아 대학의 박사후 연구원인 Yinming Shao는 이렇게 말했습니다. “일종의 샌드위치와 같습니다. 한 층은 금속처럼 작용하고 다음 층은 절연체처럼 작용합니다. 그런 일이 발생하면 빛은 특정 주파수에서 금속과 비정상적으로 상호 작용하기 시작합니다. 튕겨 나가는 대신 지그재그 패턴으로 물질 내부로 이동할 수 있는데, 이를 쌍곡선 전파라고 합니다."
이 연구에서 과학자들은 다양한 두께의 ZrSiSe 샘플을 사용하여 빛의 지그재그 움직임 또는 소위 쌍곡선 도파관 모드를 관찰했습니다. 플라즈몬인 이 도파관은 빛 광자가 전자 진동과 결합하여 형성될 때 생성됩니다. 하이브리드 준입자 빛이 물질을 통과하도록 유도할 수 있습니다.
과학자들은 다음과 같이 말했습니다. “팀이 이 물질에서 이를 관찰할 수 있었던 것은 ZrSiSe의 전자 밴드 구조라고 불리는 전자 에너지 준위의 독특한 범위입니다.”
플라즈몬은 샘플의 특징을 "확대"하여 과학자들이 광학 현미경의 회절 한계를 넘어 볼 수 있도록 해줍니다. 광학 현미경은 사용하는 빛의 파장보다 작은 세부 사항을 구별할 수 없습니다.
샤오 말했다, "쌍곡선 플라즈몬을 사용하면 길이가 수백 배에 달하는 적외선을 사용하여 100나노미터 미만의 특징을 해결할 수 있습니다."
“ZrSiSe는 다양한 두께로 벗겨질 수 있어 초박형 소재를 선호하는 나노 광학 연구에 흥미로운 옵션이 됩니다. 그러나 이것이 가치 있는 유일한 물질은 아닐 가능성이 높습니다. 여기에서 그룹은 ZrSiSe와 유사점을 공유하지만 훨씬 더 유리한 도파 특성을 가질 수 있는 다른 물질을 탐색하기를 원합니다. 그게 우리에게 도움이 될 수 있어 보다 효율적인 광학 칩과 더 나은 나노 광학 접근 방식을 개발하여 근본적인 질문을 탐구합니다. 양자 재료. "
저널 참조 :
- Yinming Shaoet al. 적외선 플라즈몬은 쌍곡선 결절 금속을 통해 전파됩니다. 과학의 발전 (2022). DOI : 10.1126/sciadv.add6169
