โลหะเป็นสื่อพลาสโมนิกแบบมาตรฐานที่ความยาวคลื่นอินฟราเรดและแสง ช่วยให้สามารถนำทางและจัดการแสงในระดับนาโนได้ โลหะสามารถถ่ายเทความร้อนและไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม แต่มักไม่ถือว่าเป็นสื่อนำแสง
การศึกษาใหม่โดย มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย รายงานเกี่ยวกับโลหะที่สามารถนำแสงผ่านได้
นักวิทยาศาสตร์กำลังตรวจสอบคุณสมบัติทางแสงของวัสดุกึ่งโลหะที่เรียกว่า ZrSiSe ในปี 2020 พวกเขาพบว่า ZrSiSe มีความคล้ายคลึงทางอิเล็กทรอนิกส์ด้วย กราฟีน. ความสัมพันธ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ได้รับการปรับปรุง ซึ่งพบได้ทั่วไปในเซมิโลหะของ Dirac มีอยู่ใน ZrSiSe
ต่างจากกราฟีนซึ่งเป็นชั้นคาร์บอนบางอะตอมเพียงชั้นเดียว ZrSiSe เป็นผลึกโลหะสามมิติ มันประกอบด้วยเลเยอร์ที่ทำงานแตกต่างกันในทิศทางในระนาบและนอกระนาบ คุณสมบัตินี้เรียกว่าแอนไอโซโทรปี
Yinming Shao ซึ่งปัจจุบันเป็นนักศึกษาปริญญาเอกที่ Columbia กล่าวว่า “มันเหมือนกับแซนวิช ชั้นหนึ่งทำหน้าที่เหมือนโลหะ ในขณะที่ชั้นถัดไปทำหน้าที่เหมือนฉนวน เมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้น แสงจะเริ่มมีปฏิกิริยาโต้ตอบกับโลหะอย่างผิดปกติที่ความถี่บางความถี่ แทนที่จะกระเด็นออกไป มันสามารถเดินทางภายในวัสดุในรูปแบบซิกแซก ซึ่งเราเรียกว่าการขยายพันธุ์แบบไฮเปอร์โบลิก”
ในการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์ใช้ตัวอย่าง ZrSiSe ที่มีความหนาต่างๆ เพื่อดูการเคลื่อนที่ของแสงซิกแซกหรือที่เรียกว่าโหมดท่อนำคลื่นไฮเปอร์โบลิก ท่อนำคลื่นเหล่านี้ซึ่งก็คือพลาสมอน เกิดขึ้นเมื่อโฟตอนแสงรวมกับการแกว่งของอิเล็กตรอนเพื่อสร้าง quasiparticles ลูกผสม ที่อาจส่องผ่านวัตถุได้
นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่า "ระดับพลังงานอิเล็กตรอนเฉพาะที่เรียกว่าโครงสร้างวงดนตรีอิเล็กทรอนิกส์ของ ZrSiSe ทำให้ทีมงานสามารถสังเกตได้จากวัสดุนี้"
พลาสมอนสามารถ "ขยาย" ลักษณะต่างๆ ในตัวอย่างได้ ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์มองเห็นเกินขีดจำกัดการเลี้ยวเบนของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ซึ่งไม่สามารถแยกแยะรายละเอียดที่เล็กกว่าความยาวคลื่นของแสงที่ใช้ได้
Shao กล่าวว่า, “การใช้ไฮเปอร์โบลิกพลาสมอน เราสามารถแก้ไขคุณสมบัติที่เล็กกว่า 100 นาโนเมตรได้โดยใช้แสงอินฟราเรดที่มีความยาวหลายร้อยเท่า”
"ZrSiSe สามารถปอกเปลือกให้มีความหนาต่างกันได้ ทำให้เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการวิจัยด้านนาโนออปติกซึ่งนิยมใช้วัสดุที่บางเฉียบ แต่อาจไม่ใช่วัสดุชนิดเดียวที่มีคุณค่า จากที่นี่ กลุ่มต้องการสำรวจวัสดุอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันกับ ZrSiSe แต่อาจมีคุณสมบัตินำคลื่นที่ดีกว่าด้วยซ้ำ นั่นสามารถช่วยเราได้ พัฒนาชิปออปติคอลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและแนวทางนาโนออปติกที่ดีขึ้นเพื่อสำรวจคำถามพื้นฐานเกี่ยวกับ วัสดุควอนตัม".
การอ้างอิงวารสาร:
- Yinming Shao และคณะ พลาสมอนอินฟราเรดแพร่กระจายผ่านโลหะปมไฮเปอร์โบลิก วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า (2022). ดอย: 10.1126/sciadv.add6169
