Вчені навчилися керувати світлом на нано-рівні

Міжнародна команда науковців представила нову методику керування світло-матеріальними хвилями на нанорівні. Йдеться про так звані гіперболічні фонон-поляритони — хвилі, що виникають під час взаємодії світла з коливаннями речовини та здатні стискати світло у просторові масштаби, значно менші за його довжину хвилі.

Дослідники зі Шанхайського транспортного університету, Національного центру нанонауки та технологій Китаю та їхні партнери з Іспанії розробили двоетапну схему збудження. Спершу золота нанометрова антена генерує базову хвилю на пластині оксиду молібдену (MoO3). Коли вона досягає краю підкладки, хвиля розсіюється й перетворюється на вищі моди поляритонів, які раніше було складно отримати.

Така техніка дозволила зафіксувати хвилі з рекордним фактором якості близько 45 та великою довжиною поширення. Це відкриває можливості для створення нанофотонних елементів, здатних забезпечити надшвидку передачу даних і високочутливий хімічний аналіз.

Ілюстрація псевдодвозаломлення наносвітла. Двоступеневе збудження за допомогою освітленої світлом антени та різкої межі ефективно збуджує хвилі світла-матерії вищого порядку (гіперболічні фононні поляритони) у тонкому кристалічному шарі на золоті. Проходячи через золотий край під точним кутом, збуджений антеною основний режим розділяється на різні порядки поляритонів, що поширюються в різних напрямках, створюючи сильний ефект псевдодвозаломлення, який відкриває новий шлях для маршрутизації оптичних сигналів на мікросхемі. Джерело: На Чен, Ханьчао Тенг і Хай Ху

Окремо науковці відзначають ефект «псевдодвопроменезаломлення»: на межі між золотом і повітрям різні моди хвиль розділяються у просторі, зберігаючи поляризацію. Це дозволяє спрямовувати їх у різні напрямки, що може стати основою для багатоканальної передачі інформації та створення нових сенсорів.

Робота, опублікована в журналі Nature Pho­ton­ics, закладає основу для розвитку оптичних процесорів, комунікаційних чипів і сенсорних систем нового покоління.