Metaller, kızılötesi ve optik dalga boylarında kanonik plazmonik ortamlardır ve kişinin ışığı nano ölçekte yönlendirmesine ve manipüle etmesine olanak tanır. Metaller ısıyı ve elektriği aktarmada mükemmeldir ancak çoğu zaman ışığı iletme aracı olarak görülmezler.
Tarafından yeni bir çalışma Columbia Üniversitesi ışığı içinden geçirebilen bir metal hakkında raporlar.
Bilim insanları ZrSiSe olarak bilinen yarı metal bir malzemenin optik özelliklerini araştırıyorlar. 2020'de ZrSiSe'nin elektronik benzerlikler paylaştığını buldular. grafen. Dirac yarı metalleri için nadir görülen gelişmiş elektronik korelasyonlar ZrSiSe'de mevcuttur.
Tek, atom inceliğinde bir karbon tabakası olan grafenin aksine, ZrSiSe üç boyutlu metalik bir kristaldir. Düzlem içi ve düzlem dışı yönlerde farklı davranan katmanlardan oluşur. Bu özellik anizotropi olarak bilinir.
Şu anda Columbia'da doktora sonrası araştırmacı olan Yinming Shao şunları söyledi: “Bir çeşit sandviç gibi: bir katman metal gibi davranırken, sonraki katman yalıtkan gibi davranıyor. Bu gerçekleştiğinde, ışık belirli frekanslarda metalle olağandışı bir şekilde etkileşime girmeye başlar. Sıçramak yerine malzemenin içinde hiperbolik yayılım dediğimiz zikzak şeklinde hareket edebilir.”
Bu çalışmada bilim insanları, ışığın bu tür zikzak hareketlerine veya hiperbolik dalga kılavuzu modlarına tanık olmak için çeşitli kalınlıklardaki ZrSiSe örneklerini kullandılar. Plazmon olan bu dalga kılavuzları, ışık fotonları elektron salınımlarıyla birleşerek bir form oluşturduğunda üretilir. hibrit yarı parçacıklar ışığı bir malzemenin içinden yönlendirebilir.
Bilim adamları kaydetti, "ZrSiSe'nin elektronik bant yapısı adı verilen benzersiz elektron enerji seviyeleri aralığı, ekibin bunları bu malzemede gözlemlemesine olanak sağladı."
Plazmonlar bir numunedeki özellikleri "büyütebilir" ve bilim adamlarının, kullandıkları ışığın dalga boyundan daha küçük ayrıntıları ayırt edemeyen optik mikroskopların kırınım sınırının ötesini görmelerini sağlar.
Shao şuraya, "Hiperbolik plazmonlar kullanarak, yüzlerce kat uzunluğa sahip kızılötesi ışık kullanarak 100 nanometreden daha küçük özellikleri çözebiliriz."
"ZrSiSe farklı kalınlıklara soyulabilir, bu da onu ultra ince malzemeleri destekleyen nano optik araştırmalar için ilginç bir seçenek haline getiriyor. Ancak muhtemelen değerli olan tek malzeme bu değil; grup, buradan hareketle, ZrSiSe ile benzerlikleri paylaşan ancak daha uygun dalga kılavuzu özelliklerine sahip olabilecek diğerlerini keşfetmek istiyor. Bu bize yardımcı olabilir ile ilgili temel soruları araştırmak için daha verimli optik çipler ve daha iyi nano-optik yaklaşımlar geliştirmek kuantum malzemeler".
Dergi Referans:
- Yinming Shao et al. Kızılötesi plazmonlar, hiperbolik bir düğüm metali boyunca yayılır. Bilim Gelişmeler (2022). DOI: 10.1126/sciadv.add6169
