Дослідницька група виявила, як тонко контролювати Dirac Plasmon Polaritons у топологічному ізоляторі метаматеріалиподолання давніх проблем у терагерц діапазон.
У сучасному світі передових нанотехнологій здатність контролювати світло в надзвичайно малих масштабах є важливою для прориву в більш швидкій передачі даних, ультрачутливих систем виявлення та технологій візуалізації наступного покоління. В основі цього кордону лежить Дірак Плазмон Поларітон (DPPS), незвичайні хвилі, що поєднують світло з рухом електронів у надтонких двовимірних матеріалах.
На відміну від звичайних світлових хвиль, обмежені природною швидкістю світла у вільному просторі, DPP мають можливість стиснути світло в простори до сто разів меншими, ніж його початкова довжина хвилі. Ця надзвичайна здатність робить їх потужними інструментами для маніпулювання світлом у нанорозмірдалеко поза межами звичайної оптики.
Що виділяє DPPS – це те, як вони поводяться в матеріалах Dirac, таких як графен і топологічні ізолятори. У цих матеріалах електрони рухаються так, ніби вони безліч, що надає DPPS надзвичайну гнучкість. Ця характеристика робить їх дуже пристосованими до змін навколишнього середовища та позиціонує їх як ключові компоненти для майбутнього нанооеелектронних пристроїв.
Їх важливість ще більше зростає в частотному діапазоні терагерца (ТГц) – частина електромагнітного спектру, що лежить між мікрохвильовими печами та інфрачервоним світлом. Часто називають “розрив ТГц”, цей діапазон є однією з найменш досліджених областей науки та техніки. І все ж він має величезну обіцянку для додатків, включаючи скринінг безпеки, бездротову комунікацію та передову медичну діагностику. Незважаючи на цей потенціал, ефективно контроль світла на частотах ТГц залишається постійною перешкодою.
Як DPP можуть подолати прогалину
DPPS пропонують рішення. Оскільки вони можуть обмежуватися та керувати хвилями ТГц на нанорозмірному масштабі, вони можуть призвести до компактних та ефективних фотонних компонентів ТГц, таких як детектори, модулятори та хвилеводи. Здатність налаштувати та керувати цими хвилями відкриває двері для перенаселених фотонних ланцюгів із додатками від квантових технологій до надшвидких обчислень.
У новому документі, опублікованому в Світло: Наука та додаткиКоманда вчених на чолі з професором Міріам Серени Вітіелло розробила новий метод для точно контролю поведінки Plasmon Polaritons (DPPS)-колективних коливань безмісних носіїв заряду-у двовимірних матеріалах, відкриваючи нові можливості для передових нанофотонічних технологій.
DPP є критично важливими для маніпулювання світлом на нанорозмірному масштабі, але їх високий імпульс та швидка втрата сигналу на частотах терагерца (ТГц) ускладнюють їх використання.
Інженерні метаматеріали для точності
Тепер дослідницька група продемонструвала новий підхід з використанням топологічних ізоляторних метаматеріалів, виготовлених з епітаксіального бізею. Розробляючи та виготовляючи бічно з’єднані наноструктури – цільні метаелементи – із специфічним інтервалом, вони змогли налаштувати хвильовий вектор DPP за допомогою геометричного контролю.
Використовуючи вдосконалену фазову чутливу до польової мікроскопії, команда успішно запустила та зобразила розповсюдження DPP у цих наноструктурах.
Дослідження показало, що коригування інтервалу між поєднаними метаелеями може збільшити хвильовий вектор Polariton на 20% та збільшити довжину ослаблення на більш ніж на 50%.
“Ці висновки є значним кроком до розробки регульованих оптичних пристроїв THZ з меншими втратами енергії та підвищенням продуктивності. Цей прорив може відкрити нове місце для нанофотоніки ТГц, нелінійної оптики та енергоефективних фотоелектричних пристроїв”,-прогнозує вчені.
Довідка: «Простежування терагерц-плазмона полярітонів з регульованою дисперсією в топологічних ізоляторах» Леонардо Віті, Чіара Шиаттарелла, Люсія Січерт, Чжентіані Ванг, Стефані Лоу, Олег Мітрофанова та Міріам С. Вітелло, 26 серпня 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025 Світло: Наука та додатки.
Doi: 10.1038/S41377-025-01884-0
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня ScitechDaily.
Слідкуйте за нами в Google, Discover та News.
