Metaller, en çok bildiği gibi, iyi elektrik iletkenleridir. Bunun nedeni, altın veya gümüş gibi bir metaldeki sayısız elektronun bir atomdan diğerine az ya da çok serbestçe hareket etmesidir, hareketleri sadece malzemedeki kusurlarla çarpışmalarla engellendi.
Bununla birlikte, metal olmanın ne anlama geldiğine dair geleneksel anlayışımızla çelişen metalik malzemeler vardır. “Kötü metaller” olarak adlandırılan teknik bir terim, Columbia fizikçisi Dmitri Basov’u açıklıyor-elektronlar beklenmedik direnişe çarptı: birbirlerine. Bireysel toplar gibi davranan elektronlar yerine, birbirleriyle ilişkili hale gelirler, böylece bir elektrik akımının akışını daha toplu olarak hareket ettirme ihtiyaçları.
Kötü metaller zayıf elektrik iletkenleri yapabilir, ancak iyi kuantum malzemeleri yaptıkları ortaya çıkar. 13 Şubat’ta dergide yayınlanan işte BilimBasov’un grubu, kötü metal molibden oksit diklorürde beklenmedik bir şekilde gözlemlenen olağandışı optik özellikler (MOOCL2).
Columbia’daki araştırmacıların birlikte çalıştığı birçok materyal gibi, Moocl2 farklı elementlerin bir dizi atom ince katmanından oluşur. Malzeme aynı zamanda anizotropiktir, yani her bir katmanın özellikleri, malzemenin hangi yönden ölçüldüğüne bağlı olarak değişecektir.
Columbia’da bir fizikçi olan Andrew Millis ve Mark Van Schilfgaarde ve Swagata Acharya ile birlikte deneysel gözlemler hakkında teorik bilgiler sağlayan Andrew Millis, “Esasen, malzeme bir yönde hareket etmeye çalışırsanız, bir izolatör,” dedi.
Bu benzersiz yönlülükten, hiperbolik plazmon polariton olarak bilinen quasipartiküller ortaya çıkar. Polaritonlar, fotonlar olarak adlandırılan ışık paketleri bir malzeme ile etkileşime girdiğinde oluşan geniş bir kuasipartikül kategorisidir. Her biri benzersiz, hibrid özelliklere sahip 70’den fazla benzersiz tür tanımlanmıştır. Plazmonlar, örneğin, fotonlar elektronla bir metal – elektronik salınım olarak bilinen kuantum bir özellikten dalgalandıklarında elektronlarla eşleştiğinde ortaya çıkan bir polariton türüdür.
Ultra küçük kuantum dünyasıyla eşleştikleri için, çeşitli polariton çeşitleri, bilim adamlarının, kırınım sınırının ötesinde ışığı dalga boyundan daha küçük alanlara odaklamasına izin verir. Bu, yeni tür süper çözünürlüklü mikroskoplar oluşturmak, kuantum yayıcılarını bağlamak ve daha küçük optik devreler oluşturmak da dahil olmak üzere bir dizi optik teknolojiyi küçültme vaat ediyor. Diğer polaritonların karakteristik eşmerkezli daireler yerine ark hiperbolalar gibi şekillendirilmiş desenlerde hareket eden hiperbolik plazmonlar, göreve özellikle uygundur.
Bu metallerin elektronlarının ne kadar kötü hareket ettiği göz önüne alındığında, kötü bir metal, bu quasipartikülleri aramanın düşüneceği ilk yer değildi. Seas’24 ve mevcut makalenin ilk yazarı Frank Ruta, doktorasının ilk günlerini geçirmişti. Daha iyi iletkenliğe sahip metal örneklerinde hiperbolik plazmonların avlanması. Diğer plazmon türleri düzenli olarak altın gibi “iyi” metallerde ortaya çıktı, ancak bu malzemelerde ortaya çıkan hiperbolik plazmonlar geçici olarak ilginçti, ancak gelişmekte olan teknolojilerde pratik kullanım için çok kısa ömürlü oldu.
Literatürden, grup Moocl2 benzersiz optik özellikleri barındırabilir. Ruta, BASOV Lab’ın tarama yakın alan optik mikroskobu (S-SNOM) altına ve hiperbolik plazmonlarla aydınlatılan kötü metalin altına örnekleri yerleştirmeye başladı.
Özellikle, quasipartiküller oda sıcaklığında ve görünür ve kızılötesine yakın ışık frekanslarında numunenin birkaç mikrometresi boyunca hareket edebilir. Bu tür özellikler, bu hiperbolik plazmonları özellikle bu daha kısa dalga boylarında çalışan telekomünikasyon ve nanofabrikasyon gibi teknolojilerde değerli hale getirebilir.
Optik ölçümler, bu iyi plazmonların kullanılan enerjiyle ilişkili olduğunu göstermektedir: daha düşük enerji, daha yüksek dalga boyu ışığı, MOOCL’deki elektronlar ile problandığında2 Etrafta zıplayın ve beklendiği gibi dağılın; Enerji arttıkça saçılma kaybolur. Berkeley’deki deney ortak çalışanları, açılı çözülmüş foto-emisyon spektroskopisi (ARPES) adı verilen bir teknik kullanılarak saçılma için olası bir fiziksel açıklama sundu: şarj yoğunluk dalgaları. Millis, kötü metallerde benzersiz elektron-elektron etkileşimlerinden kaynaklanan tuhaf fiziğin bir özelliği olduğundan şüpheleniyor.
Tam teorik açıklamalar hala gelecek olsa da, çoğaltma zaten devam ediyor: Milano’daki İtalyan Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, bağımsız olarak Moocl’da hiperbolik plazmon polariton kanıtı buldu2 Geçen yılın sonlarında. Sonuçlar, kutuplar için avlananlar için deney seçeneklerini genişletmektedir. Ruta, “Bu makale hangi malzemelere bakacağınızla ilgili sezgilerimizi değiştiriyor.”
Sonuçta kötü metaller o kadar da kötü olmayabilir.
