Uluslararası bir araştırmacı ekibi, üst düzey hiperbolik fonon polaritonları olarak bilinen yüksek oranda konfeksiyonlu ışık dalgalarını etkili bir şekilde uyarmak ve kontrol etmek için yeni bir teknik geliştirmiştir. Yöntemleri sadece bu dalgaların kalite ve yayılma mesafesi için yeni kayıtlar ayarlamakla kalmaz, aynı zamanda dalgaları farklı yönlere yönlendirerek ve dalgaları farklı yönlere yönlendirmek için bir tür sahte-eybrasyon oluşturmak için keskin bir sınır kullanır.
Bu ilerleme, yayınlandı Nature Fotonicsyüksek hızlı sinyal işleme ve ultra duyarlı kimyasal algılama için nano ölçekli optik cihazlar geliştirmek için yeni yollar açar.
Ultra kompakt, ışık bazlı devreler arayışında, bilim adamları polaritonlara yöneliyorlar-ışığın plazmonlar veya fononlar gibi optik olarak aktif malzeme uyarılarıyla birleştirilmesinden oluşan hibrid modlar. Bu dikkate değer quasipartiküller, uzak alan optiklerinin geleneksel sınırlarının üstesinden gelen doğal dalga boyundan çok daha küçük alanlara ışık tutabilir. Bununla birlikte, heyecan verici en kapalı varyantlar-daha yüksek dereceli polaritonlar-tek aşamalı uyarma yöntemlerinin sunabileceğinden çok daha büyük bir momentum artışı talep ettikleri için büyük bir zorluktu.
Şangay Jiao Tong Üniversitesi ve Ulusal Nanobilim ve Teknoloji Merkezi (Çin) tarafından yönetilen CIC Nanogune ve ICFO-Fotonik Bilimler Enstitüsü (İspanya) ile birlikte, ekip ustaca iki aşamalı bir uyarma süreci geliştirdi.
Birincisi, küçük bir ışıkla ilgili altın anten, pürüzsüz bir iki eksenli moo üzerinde temel (sıfır dereceli) hiperbolik fonon polariton modu oluşturarak ilk itme sağlar.3 Tek kristalli bir altın substrat üzerine yerleştirilen kristal levha. Bu dalga daha sonra alt tabakanın aniden bittiği ve kristal havada asılı olduğu altının kenarına gider. Bu ani sınırı geçtikçe, dalga dağınık, üst düzey fonon polaritonlarına dönüşür.
Çalışmanın baş yazarı Prof. Rainer Hillenbrand, “Sınırlı polaritonun sınırda dağıtılması, daha üst düzey modları heyecanlandırmak için gereken büyük momentum artışını sağlıyor.” “Bu iki aşamalı yöntemin, geleneksel tek aşamalı uyarma tekniklerine kıyasla uyarma verimliliğini önemli ölçüde artırdığını bulduk.”
Bu gelişmiş uyarma verimliliği, ultra pürüzsüz, düşük kayıplı hava süspili bir moo ile birleştiğinde3 Slab, ekibin eşi görülmemiş kalitede daha yüksek dereceli polaritonları gözlemlemesine izin verdi. Dalgalar, rekor yüksek bir kalite faktörü ~ 45 ve uzun bir yayılma mesafesi elde etti ve yeni nesil fotonik teknolojiler için potansiyel gösterdi.
Nanolight’ı yönlendirmenin yeni bir yolu
Bu yeni polariton uyarma tekniğinin en çarpıcı sonucu, ekibin “sözde eybringence” dediği bir olgudur. Keskin altın hava sınırında, polarizasyonlarını korurken farklı polariton modları mekansal olarak ayrılır. Temel ve üst düzey modlar farklı açılarda bükülür ve tamamen farklı yönlerde yayılmalarına neden olur.
Başka bir baş yazar olan Prof. Qing Dai, “Nano ölçekte ışık için etkili bir trafik denetleyicisi oluşturduk” diyor. “Hiperbolik polaritonların farklı sıralarını sıralama yeteneği, ultra kompakt fotonik devreler tasarlamak için yeni bir araçtır. Bazı kristallerde çift kırma etkisine benzer, ancak burada ışığın polarizasyonunda herhangi bir değişiklik olmadan ortaya çıkar ve on kat daha güçlüdür.”
Bu güçlü mod sıralama etkisi, tek bir nanowaveguide boyunca birden fazla bağımsız veri akışı taşımak için farklı dalga şekilleri kullanan ve bilgi işleme kapasitesini önemli ölçüde artıran mod-bölme çoğullama için kullanılabilir. Diğer potansiyel uygulamalar arasında yeni optik filtreler, dalga plakaları ve son derece hassas çip üzerine biyosensörler bulunur.
Genel olarak, çalışma, gelecekteki nanofotonikler, çip üzerindeki iletişim ve bilgi işleme teknolojileri için geniş kapsamlı sonuçlarla nano ölçekte ışığı manipüle etmek için temel bir platform sunmaktadır.
