Mokslininkai pademonstravo, kad infraraudonąją šviesą galima patikimai sulaikyti itin ploname, vos 42 nanometrų storio sluoksnyje. Tai maždaug 2 000 kartų ploniau nei žmogaus plaukas, todėl pasiekimas laikomas reikšmingu žingsniu kuriant vis mažesnius ir tikslesnius fotoninius įrenginius.
Tyrimą atliko Varšuvos universiteto komanda, o rezultatai publikuoti mokslo žurnale ACS Nano. Darbas svarbus ne vien dėl rekordinio mastelio: infraraudonosios šviesos bangos ilgis yra didesnis nei regimosios, tad ją suvaldyti mažose struktūrose paprastai gerokai sunkiau.
Kas leido sulaikyti šviesą
Pagrindinis sprendimas buvo medžiaga ir jos mikrostruktūra. Tyrėjai sukūrė itin ploną molibdeno diselenido sluoksnį, pasižymintį dideliu lūžio rodikliu, kuris leidžia efektyviai „lenkti“ ir lėtinti šviesą, taip sudarant sąlygas ją lokalizuoti.
Plonas sluoksnis buvo pagamintas molekulinių pluoštų epitaksijos metodu, kuris leidžia auginti labai tikslius atominius sluoksnius. Ant šios plėvelės suformuotos mikroskopinės juostelės, o tarpai parinkti taip, kad būtų mažesni už infraraudonosios šviesos bangos ilgį, todėl šviesos laukas gali būti sutelkiamas ypač mažoje erdvėje.
Bound state in the continuum efektas
Dar vienas esminis elementas buvo vadinamoji surištoji būsena kontinuume, kai banga lieka „užrakinta“ struktūroje, nors energetiškai egzistuoja sąlygos jai išspinduliuoti į aplinką. Tokį režimą pasiekti galima tik labai tiksliai suprojektavus geometriją, todėl prieš gamybą buvo atliktas detalus modeliavimas.
„Rezultatai atveria kelią plokštiems, itin kompaktiškiems sprendimams, skirtiems lazeriams, bangos fronto valdymui ir sudėtingesnėms topologinėms šviesos būsenoms“, – rašė tyrėjai.
Kodėl tai svarbu technologijoms
Tokie sprendimai laikomi svarbiais fotonikai, kur informacija apdorojama ne elektronais, o fotonais. Teoriškai tai galėtų padėti mažinti šilumos nuostolius ir didinti duomenų apdorojimo spartą, tačiau praktikoje vis dar trūksta patikimų būdų šviesą stabiliai valdyti mikroskopiniu masteliu.
Tyrėjai pabrėžia, kad iki masinės gamybos dar yra kliūčių. Plėvelių auginimo procesas nebuvo idealus, todėl paviršiaus netolygumai buvo šalinami papildomu apdorojimu, tačiau pati metodika rodo, kad panašius fotoninius elementus galima kurti ir iš kitų itin plonų medžiagų.
Molibdeno diselenidas priklauso pereinamųjų metalų dichalkogenidų šeimai, kuri laikoma perspektyvia naujos kartos plonųjų sluoksnių fotonikai ir optoelektronikai. Jei bus patobulinta jų gamyba ir struktūrų formavimas, tai galėtų paspartinti metasluoksnių, ultrakompaktiškų jutiklių ir naujų šviesos valdymo elementų kūrimą.
Šaltiniai:
– https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12870
– https://www.nature.com/articles/natrevmats201648
– https://doi.org/10.1038/natrevmats.2017.33
Leave a Reply