В последние годы нанофотоника в инфракрасном и терагерцовом диапазонах стала важной для высокочувствительных, сверхкомпактных технологий с низкими потерями для биомолекулярной и химической диагностики, датчиков, связи и других приложений. Платформы из наноматериалов, которые могут способствовать усиленному взаимодействию легкой материи на этих частотах, стали важными для этих технологий.
В недавних работах использовались низкоразмерные ван-дер-ваальсовы материалы, такие как графен, гексагональный нитрид бора и альфа-фазный триоксид молибдена (?-MoO3, Nature 2018) из-за их весьма экзотической реакции на ограниченный свет в наномасштабе. Однако эти появляющиеся наноматериалы требуют сложных технологий нанопроизводства, что препятствует крупномасштабным нанофотонным технологиям.
18 августа 2021 года в журнале Nature будет работать международная команда, во главе которой стоят ученые из Центра перспективных научных исследований Городского университета Нью-Йорка в Центре аспирантуры, Университета науки и технологий Хуачжун (HUST), Национального университета Сингапура (NUS) и Национальный центр нанонауки и технологий (NCNST) сообщил, что кальцит – хорошо известный объемный кристалл, обычно используемый в других технологиях, – может естественным образом поддерживать призрачные поляритоны.
Команда исследовала взаимодействие света с кальцитом и обнаружила неожиданные отклики поляритонов инфракрасных фононов. Они продемонстрировали, что кальцит, который можно легко полировать, может поддерживать поверхностные волны призрачных поляритонов, которые обладают сложным, выходящим из плоскости импульсом, полностью отличным от любого наблюдаемого на сегодняшний день поверхностного поляритона.
«Поляритоника – это наука и технология использования сильных взаимодействий света с веществом, и она произвела революцию в оптических науках за последние несколько лет», – сказала Андреа Алу, профессор физики Эйнштейна в аспирантуре и директор-основатель Photonics Initiative в Университете Центр перспективных научных исследований при CUNY Graduate Center. "Наше открытие является последним примером захватывающей науки и удивительной физики, которая может возникнуть в результате изучения поляритонов в обычных материалах, таких как кальцит."
«Мы использовали сканирующую ближнепольную оптическую микроскопию рассеивающего типа (s-SNOM), чтобы исследовать эти призрачные поляритоны», – сказал первый автор Вейлян Ма, доктор философии.D. кандидат в HUST. «Удивительно, но мы продемонстрировали лучевое распространение нано-света на расстоянии до 20 микрометров, что является рекордным расстоянием для поляритонных волн при комнатной температуре."
"Мы были очень рады найти новое решение уравнений Максвелла с учетом сложного импульса вне плоскости. И что еще более захватывающе, мы смогли наблюдать это в очень обычном кристалле."- говорит Гуанвэй Ху, соавтор, научный сотрудник NUS и постоянный посетитель CUNY.
«Этот тип поляритонов можно настраивать через их оптическую ось, вводя новый способ манипулирования поляритонами», – сказал Ченг-Вэй Цю, профессор деканата NUS. «Мы считаем, что наши открытия будут стимулировать исследование различных оптических кристаллов для манипулирования светом в нанометровом масштабе."
Профессора Дебо Ху и Цин Дай из NCNS и Ранкун Чен, доктор философии.D. и профессор Xinliang Zhang из HUST также внесли значительный вклад в эту работу.