Výzkumný tým objevil, jak jemně ovládat polaritony Dirac Plasmon v topologickém izolátoru Metamateriálypřekonání dlouhodobých výzev v Terahertz rozsah.
V dnešním světě pokročilé nanotechnologie je schopnost ovládat světlo v extrémně malých měřítcích nezbytnou pro průlomy při rychlejším přenosu dat, ultra citlivých detekčních systémech a zobrazovacích technologiích nové generace. Srdcem této hranice jsou polaritony Dirac Plasmon (DPP), neobvyklé vlny, které kombinují světlo s pohybem elektronů v ultratenkých dvourozměrných materiálech.
Na rozdíl od běžných světelných vln, které jsou omezeny přirozenou rychlostí světla ve volném prostoru, mají DPP schopnost stlačit světlo do prostorů až stokrát menší než původní vlnová délka. Tato mimořádná schopnost z nich činí výkonné nástroje pro manipulaci s světlem na nanočásticeDaleko za dosah konvenční optiky.
To, co odlišuje DPP, je to, jak se chovají v materiálech Dirac, jako jsou grafen a topologické izolátory. V těchto materiálech se elektrony pohybují, jako by byly bezmasné, což dává DPP pozoruhodnou flexibilitu. Tato charakteristika je činí vysoce přizpůsobitelnými změnám životního prostředí a umísťuje je jako klíčové komponenty pro budoucnost nano-optoelektronických zařízení.
Jejich význam roste ještě dále ve frekvenčním rozsahu Terahertz (THz) – část elektromagnetického spektra, která leží mezi mikrovlnnými a infračerveným světlem. Tato řada je často označována jako „THz Gap“, je jednou z nejméně prozkoumaných oblastí vědy a technologie. Přesto má obrovský příslib aplikací, včetně screeningu zabezpečení, bezdrátové komunikace a pokročilé lékařské diagnostiky. Navzdory tomuto potenciálu zůstalo efektivní kontrolu světla při frekvencích THz trvalou překážkou.
Jak mohou DPP překlenout mezeru
DPP nabízejí řešení. Protože mohou omezit a vést vlny THz v nanoměru, mohli vést k kompaktním a účinným fotonickým komponentám THz, jako jsou detektory, modulátory a vlnovod. Schopnost vyladit a řídit tyto vlny otevírá dveře do rekonfigurovatelných fotonických obvodů, přičemž aplikace od kvantových technologií po ultrarychlé výpočetní technika.
V novém příspěvku zveřejněném v Světlo: Věda a aplikaceTým vědců vedený prof. Miriam Serenou Vitiello vyvinul novou metodu pro přesně kontrolu chování polaritonů Dirac Plasmon (DPP)-kolektivní oscilace bezmastných nosičů-v dvourozměrných materiálech a otevírání nových možností pro pokročilé nanofotonické technologie.
DPP jsou rozhodující pro manipulaci s světlem v nanoměru, ale jejich vysoká hybnost a rychlá ztráta signálu na frekvencích Terahertz (THz) jim ztěžovala využití.
Inženýrské metamateriály pro přesnost
Nyní výzkumný tým prokázal nový přístup s použitím topologických izolátorových metamateriálů vyrobených z epitaxiálních bi₂se₃. Navrhováním a výrobou laterálně vázaných nanostruktur – nazývaných metaelements – se specifickými mezerami dokázaly naladit vlnový vektor DPP prostřednictvím geometrické kontroly.
Pomocí pokročilé fázové mikroskopie citlivé na blízké pole tým v těchto nanostrukturách úspěšně spustil a zobrazoval šíření DPP.
Studie odhalila, že úprava mezeru mezi vázanými metaelementy by mohla zvýšit polaritonový vlnový vektor až o 20% a prodloužit délku útlumu o více než 50%.
„Tato zjištění představují významný krok k vývoji laditelných optických zařízení THz s nižší ztrátou energie a zvýšeným výkonem. Tento průlom by mohl otevřít nové místo pro nanofotoniku THz, nelineární optiku a energeticky účinná fotovoltaická zařízení,“ předpověď vědců.
Reference: „Tracing Terahertz Plasmon Polaritons s disperzí laditelných podle návrhu v topologickém izolátoru Metaelements“ od Leonarda Vitiho, Chiara Schiattarella, Lucia Sichert, Zhengtianye Wang, Stephanie Law, Oleg Mitrofanov a Miriam S. Vitiello, 26. srpna 2025. Světlo: Věda a aplikace.
Dva: 10.1038/S41377-025-01884-0
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
Sledujte nás Google, Objevita Zprávy.
