Nature Materials: Новаторские нанополости раздвигают горизонты в удержании света

Команда европейских и израильских физиков представила новый тип поляритонных полостей и пересмотрела границы ограничения света, сделав значительный скачок вперед в квантовой нанофотонике.

Эта новаторская работа, подробно описанная в исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature Materials, демонстрирует нетрадиционный метод удержания фотонов, преодолевая традиционные ограничения в нанофотонике.

Физики уже давно ищут способы заставить фотоны входить во все более малые объемы. Естественным масштабом длины фотона является длина волны, и когда фотон помещается в полость, размер которой намного меньше длины волны, он становится более «концентрированным». Такая концентрация усиливает взаимодействие с электронами, усиливая квантовые процессы внутри полости. Однако, несмотря на значительные успехи в удержании света в глубоких субволновых объемах, эффект диссипации (оптического поглощения) остается главным препятствием. Фотоны в нанополостях поглощаются очень быстро, гораздо быстрее длины волны, и эта диссипация ограничивает применимость нанополостей для некоторых из самых интересных квантовых приложений.

Исследовательская группа профессора Франка Коппенса из ICFO в Барселоне (Испания) решила эту проблему, создав нанополости с беспрецедентным сочетанием субволнового объема и увеличенного времени жизни. Эти нанополости площадью менее 100x100 нм² и толщиной всего 3 нм удерживают свет в течение значительно более длительного времени. Ключ заключается в использовании гиперболических фонон-поляритонов, уникальных электромагнитных возбуждений, возникающих в двумерном материале, образующем полость.

В отличие от предыдущих исследований полостей на основе фононных поляритонов, в данной работе используется новый и непрямой механизм удержания. Нанополости создаются путем сверления наноразмерных отверстий в золотой подложке с предельной (2-3 нанометра) точностью с помощью микроскопа He со сфокусированным ионным пучком. После создания отверстий поверх них наносится гексагональный нитрид бора (ГБН), двумерный материал. ГБН поддерживает электромагнитные возбуждения, называемые гиперболически-фотонными поляритонами, которые похожи на обычный свет, за исключением того, что они могут быть ограничены чрезвычайно малыми объемами. Когда поляритоны проходят над краем металла, они испытывают сильное отражение от него, что позволяет их ограничить. Таким образом, этот метод позволяет избежать непосредственного формирования ГБН и сохранить его первозданное качество, обеспечивая высокую концентрацию и долговечность фотонов в полости.

Это открытие началось со случайного наблюдения, сделанного в ходе другого проекта при использовании оптического микроскопа ближнего поля для сканирования двумерных структур материалов. Микроскоп ближнего поля позволяет возбуждать и измерять поляритоны в среднем инфракрасном диапазоне спектра, и исследователи заметили необычно сильное отражение этих поляритонов от металлического края. Это неожиданное наблюдение послужило толчком к более глубокому исследованию, которое привело к пониманию уникального механизма удержания и его связи с формированием нанорешетки.

Однако после изготовления и измерения полостей команду ждал огромный сюрприз.

Экспериментальные измерения обычно оказываются хуже, чем предполагала теория, но в данном случае мы обнаружили, что эксперименты превзошли оптимистичные упрощенные теоретические предсказания, — говорит первый автор работы, доктор Ханан Херциг Шейнфукс, сотрудник физического факультета Бар-Иланского университета.

Этот неожиданный успех открывает двери для новых применений и достижений в квантовой фотонике, расширяя границы того, что мы считали возможным.

06.02.2024


Подписаться в Telegram



Нано

ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище
ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище

Потребность в устойчивых и экологичн...

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками

Инженеры разработали наноразмерные татуировки&...

Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани
Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани

Самое удивительное, что они там, каж...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит

Новости компаний, релизы

Ученые ТПУ выяснили, что заболевания ЦНС за последние 30 лет вышли на первое место по влиянию на здоровье населения
Физики СПбГУ и Института проблем машиноведения РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали
КВЗ принимает заявки на целевое обучение в проект «Крылья Ростеха»
В Петербурге снизилось количество разрушающих озоновый слой газов
Синергия виртуального сервера и облака: преимущества облачных VPS и VDS