RW Space

Ученым удалось поймать лучи инфракрасного света в решетке специально созданных атомов толщиной всего 42 нанометра. Это примерно в 2000 раз тоньше человеческого волоса или еще более тонкой полоски стандартного листа бумаги.

Это впечатляющее достижение, возглавляемое командой из Варшавского университета в Польше, обещает значительные последствия для светоэлектроники, поскольку технологические компоненты продолжают становиться меньше и точнее.

Это также заметный прогресс в изучении инфракрасного света, длина волны которого больше, чем у видимого света. Умение улавливать инфракрасный свет в крошечных пространствах — это задача, которая может выйти за рамки физических ограничений.

«Представленные результаты обещают создание плоских, сверхкомпактных устройств для генерации лазера, управления волновым фронтом и топологических состояний света более высокого порядка», — пишут исследователи в своей опубликованной статье.

Ключ к проведенному здесь эксперименту заключается в материале, используемом для решетки, удерживающей свет на месте. Она изготовлена из слоистых атомов молибдена и селена, образующих ультратонкую структуру диселенида молибдена (MoSe₂).

Эта специальная химическая конструкция максимизирует показатель преломления решетки, ее способность изгибать и замедлять свет (готовность к улавливанию).

Хотя MoSe₂ уже давно известно, что он имеет высокий показатель преломления, поэтому его производство надежно в наименьших масштабах ранее было проблематично.

В этом новом исследовании исследователи использовали метод атомной «печати», известный как молекулярно-лучевая эпитаксия (MBE), для создания листов MoSe₂. Помимо выращивания листов, исследователи также вырезали в них микроскопические полоски с промежутками меньше длины волны инфракрасного света (субволновая длина), готовые удерживать фотоны на месте.

Чтобы это сработало, потребовался еще один физический трюк, названный «связанное состояние в континууме» (BIC). В этом случае световые волны удерживаются внутри материала, несмотря на то, что они сосуществуют с другими волнами, которые излучаются.

Чтобы создать BIC, материалы для него должны быть точно спроектированы и настроены, что исследователи добились, тщательно смоделировав решетку MoSe₂ перед ее созданием.

«Мы использовали исключительно высокий показатель преломления MoSe₂ для инновационного проектирования и производить субволновые решетки на основе MoSe₂, в которых размещены BIC», — пишут исследователи.

Есть несколько потенциальных реальных применений этой сложной физики. Ученые продолжают изучать идею оптических вычислений, где фотоны света заменяют электроны и электричество, что могло бы значительно повысить скорость обработки при одновременном уменьшении размера компонентов.

Хотя до того, как оптические вычисления станут жизнеспособными, остается много препятствий, демонстрации, подобные описанной здесь, показывают, что можно улавливать свет и манипулировать им с необходимой степенью точности – и в мельчайших масштабах.

Что касается этого конкретного материала и светоловушки, необходимо провести дополнительную работу, прежде чем его можно будет надежно внедрить. масштаб. Процесс выращивания листов, который придумала команда, не был идеальным, поэтому материал был отполирован шелковыми тканями, чтобы устранить несоответствия.

Однако исследователи уверены, что их подход может быть развит дальше и даже расширен в других областях.

MoSe₂ принадлежит к более широкому семейству сверхтонких материалов, называемых дихалькогенидами переходных металлов (TMD), и они надеются, что будут найдены новые способы производства TMD и манипулирования ими. надежно.

Это проложит путь к гаджетам, которые будут еще меньше и быстрее, чем те, которые мы имеем сегодня, частично построенные за счет улавливания света в невероятно маленьких пространствах.

По теме: Световые волны, остановленные в кристалле, обещают новые способы управления фотонами

«Легкость и простота обработки MoSe₂ подтверждают, что другие конструкции фотонных структур, такие как двумерные метаповерхности, основаны на слоях TMD вполне осуществимы», — пишут исследователи.

Исследование опубликовано в ACS Nano.