Nanopuolijohteista luodut valoa kiertävät materiaalit

Cornellin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden tekniikan symmetristen puolijohdehiukkasten muuttamiseksi monimutkaisiksi kierretyiksi spiraalimateriaaleiksi - tai "kiraalisiksi" materiaaleiksi -, jotka tuottavat kalvoja, joilla on poikkeukselliset valoa taivuttavat ominaisuudet.

Löytö voi mullistaa valon polarisaation hallintaan perustuvia tekniikoita, kuten näyttöjä, antureita ja optisia viestintälaitteita.

Kiraaliset materiaalit ovat erityisiä, koska ne voivat kiertää valoa. Sellaisia on aiemmin orgaanisista hiilipohjaisista molekyyleistä sekä plasmoneilla epäorgaanisista nanohiukkaskokoonpanoista, mutta eksitonisen kiraalisuuden laajentaminen epäorgaanisiin puolijohtaviin järjestelmiin ei ole aiemmin onnistunut

Cornell Engineeringin apulaisprofessori Richard D. Robinsonin tutkijat voittivat tämän haasteen käyttämällä kadmiumpohjaisista puolijohdeyhdisteistä valmistettuja "taikakokoisia klustereita".

Maagisen kokoiset klusterit ovat ainutlaatuisia nanopartikkeleita, koska ne ovat identtisiä kopioita toisistaan ja ovat aina samankokoisia, toisin kuin monet nanopartikkelit, joiden koko voi vaihdella.

Robinson Groupin aikaisemmassa tutkimuksessa kerrottiin, että kun nanoklusterit prosessoitiin ohuiksi kalvoiksi, ne osoittivat pyöreää dikroismia, kiraalisuuden keskeistä tunnusmerkkiä. "Pyöreä dikroismi tarkoittaa, että materiaali absorboi vasenkätisen ja oikeanpuoleisen ympyräpolarisoidun valon eri tavalla, kuten kuinka ruuvikierteet sanelevat, mihin suuntaan jokin kiertyy", Robinson selitti.

Tutkijat käyttivät meniski-ohjattua haihdutusta kiertämään lineaarisia nanoklusterikokoonpanoja kierteisiksi muodoiksi, jolloin muodostui useiden neliömillimetrien kokoisia homokiraalisia domeeneja.

Näillä kalvoilla on poikkeuksellisen suuri valo-aine vaste, joka ylittää aiemmin raportoidut epäorgaanisten puolijohdemateriaalien ennätysarvot lähes kahdella suuruusluokalla.

Tutkijoiden mukaan löytö voi mullistaa valon polarisaation hallintaan perustuvat tekniikat ja johtaa uusiin innovaatioihin, kuten holografisiin 3D-näytöihin, huonelämpötilaiseen kvanttilaskentaan, erittäin vähän virtaa kuluttaviin laitteisiin tai lääketieteelliseen diagnostiikkaan.

Kiraalisuuden tuominen puolijohteiden kaistarakenteeseen mahdollistaa valon, spinin ja varauksen samanaikaisen hallinnan, jotka ovat avainominaisuuksia seuraavan sukupolven fotoni-, optoelektroniikka- ja spintronisen teknologioiden innovaatioiden edistämisessä.

Robinson sanoi, että tulevassa työssä keskitytään tekniikan laajentamiseen muihin materiaaleihin, kuten nanoverihiutaleisiin ja kvanttipisteisiin, sekä prosessin jalostukseen teollisen mittakaavan valmistusprosesseihin, jotka pinnoittavat laitteita ohuilla puolijohdemateriaalien kalvoilla.

Aiheesta aiemmin:

Ympyräpolarisoidun ja kiraalisen valon hallintaa

Orbitroniikka: uusi energiatehokas tekniikka

Askeleen lähempänä topologista kvanttilaskentaa

Elektronikanavia ilman resistanssia