A kutatók a feje tetejére állították a fényt

A spanyol CIC nanoGUNE kutatói egy közreműködés keretében bejelentették, hogy kifejlesztettek egy úgynevezett hiperbolikus metafelületet amiről a fény egy teljesen újraformált hullámfronttal terjed szét. Ennek a tudományos eredménynek még nagy jelentősége lehet a miniatürizált optikai eszközöknél és az érzékelő és jeladó folyamatoknál is.

Az optikai hullámok egy pontból tipikusan körkörös hullámfrontokkal terjednek szét.

“Mint egy vízfelületre dobott kő által keltett hullámok,” mondta Peining Li, a tanulmány első szerzője.

Ennek a körkörös szétterjedésnek az az oka, hogy a médium, amin a fény áthalad tipikusan homogén és izotrop – például minden irányban egyforma.

A kutatók már korábban feltételezték, hogy a különös felépítésű felületek fejjel lefelé fordíthatják a hullámfrontokat, amikor szétterjednek rajtuk.

“Az ilyen hiperbolikus metafelületnek nevezett felületeken egy pontforrásból jövő hullámok csak bizonyos irányokba terjednek és nyílt (konkáv) hullámfronttal,” magyarázta Javier Alfaro, a tanulmány társszerzője.

Ezeket a szokatlan hullámokat nevezik hiperbolikus felületi polaritonoknak. Mivel csak bizonyos irányokba terjednek és olyan hullámhosszúak, ami lényegesen kisebb mint a szabad fényé, a felhasználásukkal lecsökkenthető lehet a jelenleg használ optikai eszközök mérete.

Most a kutatóknak sikerült létrehozni egy ilyen felület az infravörös fényhez. A felület anyaga bór-nitrid alapú – ami egy grafén szerű két dimenziós anyag -, amit azért választottak a kutatók erre a célra, mert rendkívül kis hosszúságokban képes befolyásolni az infravörös fényt. Ennek a kis méretű kémiai szenzoroknál és a nanoméretű optoelektronika berendezések melegedésének kezelésében lehet jelentősége. A kutatóknak sikerült a konkáv hullámfrontot egy speciális optikai mikroszkóppal közvetlen módon is megfigyelni.

Ezeket a hiperbolikus metafelületeket azonban nehéz előállítani, mivel a megfelelő működéséhez nanoméret pontos felépítésre van szükség. A csapat ezt a problémát elektronsugaras litográfiával sikerült megoldania, amivel bemélyedéseket tudtak kialakítani a vékony bór-nitrid pelyhek felületén.

“Rengeteg optimalizációs lépés után elértük a szükséges pontosságot és megkaptuk a 25 nm közű rácsszerkezetet,” Irene Dolado a technológia egyik megalkotója.

“Ugyanezt a megmunkálási módszert más anyagoknál is fel lehet használni, ami kikövezi az utat az egyedi optikai tulajdonságokkal rendelkező mesterséges metafelületek megalkotásához,” mondta Saül Vélez, az eljárás másik megalkotója.

Hogy kiderítsék a metafelület tulajdonságait, a kutatók egy csúcs-modern nanoképkészítési technikát vetettek be – amit eredetileg a nanoGUNE nano-optikai csapata dolgozott ki. Ehhez először egy infravörös arany nanorudat helyeztek a metafelületre, ami egy pontba koncentrálja az infravörös fényt, ezzel hullámokat terjesztve a felületen. Egy s-SNOM mikroszkóp segítségével a kutatók pedig képeket tudtak készíteni a hullámokról.

“Lenyűgöző volt látni a képeket, amelyek tényleg megmutatták a hullámfrontok konkáv görbületét, amelyek az arany nanorúdtól terjedtek szét, pont úgy ahogy azt az elméletek előrejelezték,” mondta Rainer Hillenbrand, a kutatómunka egyik vezetője.

Forrás: science.sciencemag.org

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.