Valon hallinnan uusia ulottuvuuksia

Valon hallinta mikro- ja nanotasolla avaa mahdollisuuksia paremman maailmanymmärryksen ja teknologian kehityksen ymmärtämiseen. Sitä kautta voitaisiin luoda laitteita, jotka ovat paitsi nopeampia myös jopa pienempiä kuin nykyiset laitteet.

Mutta aiheeseen liittyy kysymys onko mahdollista vangita valoa rakenteeseen, joka on pienempi kuin muutama sata nanometriä?

Varsovan yliopiston tutkijat ovat yhteistyössä parin muun puolalaisyliopiston tutkijoiden kanssa löytäneet keinon tähän, ja he julkaisivat löydöksensä ACS Nano -lehdessä.

He kehittivät rakenteen, joka vangitsee infrapunavalon vain 40 nanometrin paksuiseen kerrokseen. Tämän saavuttamiseksi he loivat rakenteen, jota kutsutaan aallonpituuden alihilaksi, käyttämällä materiaalina molybdeenidiselenidia (MoSe2).

Aiemmin valmistettujen aallonpituutta pienempien hilojen paksuus oli useiden satojen nanometrien luokkaa. Nyt päätettiin käyttää molybdeenidiselenidiä sen valoa taittavien ominaisuuksiensa ansiosta. Se on myös puolijohde ja sillä on epälineaarisia ominaisuuksia, kuten valon syntyminen kolminkertaisella taajuudella – kolmannen harmonisen generointi.

Kuten kirjoittajat osoittavat, koska infrapunavalo lokalisoituu voimakkaasti MoSe2 - hilaan, tämä epälineaarinen vaikutus on yli 1 500 kertaa voimakkaampi kuin jos ilmiö tapahtuisi MoSe2 - kerroksessa, joka ei ole muodostettu hilaksi.

Kuorintatekniikoiden tuolle puolen

Tämä työ on uraauurtavaa MoSe₂-kerroksen valmistusmenetelmään liittyvän innovatiivisuuden vuoksi. Tähän asti ohuita kerroksia tästä materiaalista on saatu aikaan kuorinnalla mutta se ei riitä käytännön sovellusten, kuten fotonisten integroitujen piirien tekemiseen.

Siksi Varsovan yliopiston fysiikan tiedekunnan tutkijat kehittivät menetelmän MoSe2-kerrosten valmistamiseksi molekyylisuihkuepitaksiaa (MBE) käyttäen. Tämä on yksi elektroniikassa käytettävien puolijohdekerrosten perusmenetelmistä, mutta sitä ei ole aiemmin sovellettu MoSe2:n kaltaisiin materiaaleihin. Ja menetelmän käytön hyödyt osoittautuivat valtaviksi.

Kerros, josta aallonpituuden alittavat hilat valmistettiin, oli useiden neliötuumien pinta-ala ja yhtenäinen paksuus koko alallaan. Ja kun paksuus vain 40 nanometriä, se tarkoittaa, että paksuuden suhde kaikkiin muihin ulottuvuuksiin oli yksi miljoonasta. Vertailun vuoksi nämä suhteet tavallisella A4-paperiarkilla ovat vain 1:2000.

Puolalaisten tutkijoiden julkaisemat tulokset osoittavat, että tällä tavalla tuotettu molybdeenidiselenidi on materiaali, joka voisi mullistaa lähestymistapamme valon manipulointiin.

Paksuja rakenteita ei enää tarvita valon vangitsemiseen ja manipulointiin. Vain muutama kymmenen nanometriä riittää. Samaan aikaan skaalautuvan MoSe₂-kerrosten tuotantomenetelmän ansiosta teolliset sovellukset ovat ulottuvilla.

Aiheesta aiemmin:

Möbiuksen pinta ja Mie-ontelot tehostavat fotoniikkaa

Valon ohjausta atomien mitoissa