Raziskovalci prvič opazijo impulze zvočne svetlobe v 2D materialih

Raziskovalna skupina, LR: Yuval Adiv, Yaniv Kurman, prof. Edo Kaminer, Rafael Dahan in dr. Kangpeng Wang. kredit: tech – Izraelski inštitut za tehnologijo

prostorsko-časovna simfonija svetlobe

Raziskovalci na Technion – Izraelskem inštitutu za tehnologijo so z ultrahitro prenosnim elektronskim mikroskopom prvič zabeležili širjenje zvočnih in svetlobnih valov, združenih v atomsko tanek material.

Poskusi so bili izvedeni v Laboratoriju za kvantno dinamiko z elektronskim snopom Robert in Ruth Magid, ki ga je vodil profesor Ido Kaminer s fakultete Andrew in Erna Viterbi na Fakulteti za elektrotehniko in računalništvo in trdnost.

Enoslojni materiali, imenovani tudi 2D materiali, so sami po sebi novi materiali, trdne snovi, sestavljene iz ene plasti atomov. Grafen, prvi odkriti 2D material, je bil prvič izoliran leta 2004, kar mu je prineslo Nobelovo nagrado leta 2010. Zdaj tehnologi prvič kažejo, kako se svetlobni impulzi premikajo znotraj teh materialov. Njihove ugotovitve, “Spatiotemporal Imaging of 2D Polariton Wavepacket Dynamics With Free Electrons,” so bile objavljene v Znanost Po velikem zanimanju mnogih znanstvenikov.

Sonic-Light Waves v 2D materialih

Posnetki zvočno-svetlobnega vala v 2D materialih in njegovo merjenje s prostimi elektroni. kredit: tech – Izraelski inštitut za tehnologijo

Svetloba potuje v vesolju s hitrostjo 300.000 km / s. Premikanje skozi vodo ali steklo se za delček upočasni. Ko pa nekateri preidejo skozi nekaj plasti trdnih snovi, se svetloba upočasni približno tisočkrat. To se zgodi, ker svetloba povzroči, da atomi teh materialov vibrirajo in tvorijo zvočne valove (imenovane tudi fononi), ti atomi pa proizvajajo svetlobo, ko zvočni valovi vibrirajo. Tako je pulz pravzaprav tesno povezana kombinacija zvoka in svetlobe, imenovana “fonon-polariton”. Zasveti, material “zapoje”.

Znanstveniki so na robu 2D materiala sevali svetlobne impulze in v njem proizvajali hibridne zvočno-svetlobne valove. Ne samo, da so lahko zabeležili te valove, ampak so tudi ugotovili, da se lahko impulzi spontano pospešijo in upočasnijo. Presenetljivo je, da se valovi razdelijo tudi na dva ločena impulza, ki se premikata z različno hitrostjo.

READ  Oglejte si rožnato luno na nočnem nebu v aprilu

Poskus je bil izveden z uporabo ultrahitrega prenosnega elektronskega mikroskopa (UTEM). Za razliko od optičnega mikroskopa in skenirnega elektronskega mikroskopa tukaj delci prehajajo skozi vzorec in jih nato sprejme detektor. Ta postopek je raziskovalcem omogočil sledenje zvočno-svetlobnemu valu v izjemni ločljivosti tako v prostoru kot v času. Časovna ločljivost je 50 femtosekund – 50X10-15 sekund – število sličic na sekundo je enako številu sekund v milijonu let.

“Hibridni val se premika znotraj materiala, zato ga z običajnim optičnim mikroskopom ne vidite,” je pojasnil Kurman. “Večina meritev svetlobe v 2D materialih temelji na mikroskopskih tehnikah, ki uporabljajo igle podobne predmete, ki površino skenirajo po točkah, vendar vsak tak stik z iglo moti hitrost vala, ki ga vidimo. Poskusimo slikati. Nasprotno pa naša nova tehnologija lahko prikazuje hitrost svetlobe, ne da bi jo motila. Naših rezultatov ni bilo mogoče dobiti z uporabo obstoječih metod. Zato bomo poleg naših znanstvenih spoznanj preučili tudi predhodno poročano ponudbo nevidnih merilnih tehnik, ki bodo pomembne do mnogih drugih znanstvenih odkritij. “

Ta študija se je rodila na vrhuncu pandemije COVID-19. V mesecih zapiranja, ko so univerze zaprle, je Yaniv Kurman, podiplomski študent v laboratoriju profesorja Kaminerja, doma delal matematične izračune in napovedal, kako naj se obnašajo svetlobni impulzi v 2D materialih in kako jih je mogoče izmeriti. Medtem je Raphael Dahan, še en študent v istem laboratoriju, spoznal, kako usmeriti infrardeče impulze v elektronski mikroskop skupine, in za to dosegel potrebne nadgradnje. Ko se je zaklepanje končalo, je skupina lahko dokazala Kurmanovo teorijo in celo razkrila dodatne dogodke, ki jih niso pričakovali.

Čeprav je to temeljna znanstvena študija, znanstveniki pričakujejo, da bo imela veliko raziskovalnih in industrijskih aplikacij. “S sistemom lahko preučujemo različne fizikalne pojave, ki sicer niso dostopni,” je dejal prof. Je rekel Kaminer. “Načrtujemo poskuse, ki bodo merili vrtince svetlobe, poskuse v teoriji kaosa in simulacije dogodkov v bližini črnih lukenj. Poleg tega naše ugotovitve kažejo na proizvodnjo atomsko tankih optičnih” kablov “, ki jih je mogoče namestiti znotraj električnih vezij in prenos podatkov brez pregrevanja sistema – naloga, ki se trenutno sooča s precejšnjimi izzivi zaradi minimizacije vezja.

Yaniv Kurman in Edo Kaminer

LR: Yaniv Kurman in profesor Ido Kaminer. kredit: tech – Izraelski inštitut za tehnologijo

Skupinsko delo sproži raziskave svetlobnih impulzov znotraj novega sklopa materialov, razširi zmogljivosti elektronskih mikroskopov in spodbuja možnost optične komunikacije skozi atomsko tanke plasti.

READ  Že dolgo izgubljeni dragoceni fosili postanejo 30 milijonov let stari vampirski lignji

“Te ugotovitve so me navdušile,” je povedal profesor Harald Giesen z univerze v Stuttgartu, ki ni bil del te raziskave. “Predstavlja in predstavlja resničen preboj v ultrahitro nanooptiki” Sofisticiran In to vodilni rob Opazovanje znanstvene meje v resničnem prostoru in v realnem času je čudovito in, kolikor vem, še ni bilo dokazano. “

Drugi ugledni znanstvenik, ki ni sodeloval v študiji, John Joanopoulos z Massachusetts Institute of Technology, je dejal, da je “ključ tega dosežka v pametni zasnovi in ​​razvoju eksperimentalnega sistema. To delo Ida Kaminerja in njegove skupine ter sodelavcev je pomemben korak naprej. “Zelo je znanstveno in tehnološko zanimiv in je za področje ključnega pomena.”

Pro Kaminer je povezan tudi s kvantnim centrom Helen Diller in Inštitutom za nanotehnologijo Russell Berry. Študija pod vodstvom dr. študenta Yaniv Kurman in Rafael Dahan. Drugi člani raziskovalne skupine so bili dr. Kangpeng Wang, Michael Yanai, Yuval Adiv in Ori Reinhardt. Ta raziskava prof. James Edgar (Kansas State University), Prof. Matthew Kosick (University Paris Sud) in Prof. Frank Koppens (ICFO, Inštitut za znanost in tehnologijo v Barceloni).

Literatura: Yaniv Kurman, Raphael Dahan, Hanan Herzig Sheinfx, Kangpeng Wang, Michael Yanai, Yuval Adiv, Ori Reinhardt, Luiz HG Tizzi, Steffi Y. “Spatiotemporal Imaging 2D Polariton Wave Packet Dynamics With Free Electrons”, avtor Wu, Jiahan Li. James H. Edgar, Matthew Kosiak, Frank HL Koppens in Ido Kaminer, 11. junij 2021, Znanost.
DOI: 10.1126 / science.abg9015

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

Read also x