Kovine so kanonični plazmonični mediji na infrardečih in optičnih valovnih dolžinah, ki omogočajo vodenje in manipuliranje svetlobe na nanometru. Kovine so odlične pri prenosu toplote in elektrike, vendar se pogosto ne štejejo za sredstvo za prevajanje svetlobe.
Nova študija avtorja Univerza Columbia poroča o kovini, ki lahko prevaja svetlobo skozi sebe.
Znanstveniki preiskujejo optične lastnosti polkovinskega materiala, znanega kot ZrSiSe. Leta 2020 so ugotovili, da ima ZrSiSe elektronske podobnosti z Graphene. Izboljšane elektronske korelacije, neobičajne za Diracove polkovine, so prisotne v ZrSiSe.
Za razliko od grafena, enojne, kot atom tanke ogljikove plasti, je ZrSiSe tridimenzionalni kovinski kristal. Sestavljen je iz plasti, ki se različno obnašajo v ravninski in izvenravninski smeri. Ta lastnost je znana kot anizotropija.
Yinming Shao, zdaj podoktor na Columbii, je dejal, »To je nekako kot sendvič: ena plast deluje kot kovina, medtem ko naslednja plast deluje kot izolator. Ko se to zgodi, začne svetloba pri določenih frekvencah nenavadno komunicirati s kovino. Namesto da bi se odbil, lahko potuje znotraj materiala v cik-cak vzorcu, kar imenujemo hiperbolično širjenje.
V tej študiji so znanstveniki uporabili vzorce ZrSiSe različnih debelin, da bi bili priča takim cikcakastim gibanjem svetlobe ali tako imenovanih hiperboličnih valovodnih načinov. Ti valovodi, ki so plazmoni, nastanejo, ko se svetlobni fotoni združijo z elektronskimi nihanji, da nastanejo hibridni kvazidelci ki lahko usmerja svetlobo skozi material.
Znanstveniki so opozorili, "Edinstven razpon energetskih ravni elektronov, imenovan struktura elektronskega pasu, ZrSiSe je omogočil ekipi, da jih opazuje v tem materialu."
Plazmoni lahko "povečajo" značilnosti v vzorcu in znanstvenikom omogočijo, da vidijo čez mejo uklona optičnih mikroskopov, ki sicer ne morejo razlikovati podrobnosti, manjših od valovne dolžine svetlobe, ki jo uporabljajo.
Shao je dejal, "Z uporabo hiperboličnih plazmonov bi lahko razrešili funkcije, manjše od 100 nanometrov, z infrardečo svetlobo, ki je več stokrat dolga."
»ZrSiSe je mogoče luščiti do različnih debelin, zaradi česar je zanimiva možnost za raziskave nanooptike, ki dajejo prednost ultratankim materialom. Vendar to verjetno ni edini material, ki je dragocen – od tu želi skupina raziskati druge, ki imajo podobnosti z ZrSiSe, vendar imajo morda še ugodnejše lastnosti valovnega vodenja. To bi nam lahko pomagalo razviti učinkovitejše optične čipe in boljše nanooptične pristope za raziskovanje temeljnih vprašanj kvantnih materialov«.
Referenca dnevnika:
- Yinming Shao et al. Infrardeči plazmoni se širijo skozi hiperbolično nodalno kovino. Znanost Predplačila (2022). DOI: 10.1126/sciadv.add6169
