Команда черпала вдохновение из недавнего открытия сверхпроводимости в паре уложенных друг на друга слоев графена, которые были повернуты на «магический угол закручивания», равный 1.1 градус. В этой конфигурации электроны текут без сопротивления.
По отдельности каждый слой графена не проявляет особых электрических свойств. Открытие показало, как тщательный контроль вращательной симметрии может выявить неожиданные отклики материала.
Исследовательская группа обнаружила, что аналогичный принцип можно применить для управления светом весьма необычными способами. При определенном угле поворота между двумя ультратонкими слоями триоксида молибдена исследователи смогли предотвратить оптическую дифракцию и обеспечить надежное распространение света в сильно сфокусированном луче с желаемыми длинами волн.
Обычно свет, излучаемый маленьким излучателем, размещенным над плоской поверхностью, распространяется по кругу, очень похоже на волны, возбужденные камнем, который падает в пруд. В своих экспериментах исследователи сложили два тонких листа триоксида молибдена – материала, обычно используемого в химических процессах, – и повернули один из слоев относительно другого. Когда материалы возбуждались крошечным оптическим излучателем, они наблюдали контролируемое излучение света над поверхностью при изменении угла поворота. В частности, они показали, что под углом фотонно-магического закручивания сконфигурированный двухслойный слой поддерживает устойчивое распространение света без дифракции в сильно сфокусированных канальных лучах в широком диапазоне длин волн.
«Хотя фотоны – кванты света – обладают очень разными физическими свойствами, чем электроны, мы были заинтригованы новым открытием твистроники и задались вопросом, могут ли скрученные двумерные материалы также обеспечивать необычные транспортные свойства для света, чтобы приносят пользу фотонным технологиям », – сказала Андреа Алу, директор-основатель инициативы CUNY ASRC по фотонике, и профессор физики Эйнштейна в Центре выпускников. «Чтобы раскрыть этот феномен, мы использовали тонкие слои триоксида молибдена. Уложив два таких слоя друг на друга и контролируя их относительное вращение, мы наблюдали драматический контроль световодных свойств. Под фотонно-магическим углом свет не дифрагирует и распространяется очень ограниченно по прямым линиям.
Это идеальная функция для нанонауки и фотонных технологий."
«Наше открытие было основано на совершенно конкретном материале и диапазоне длин волн, но с помощью усовершенствованного нанофабриката мы можем моделировать многие другие материальные платформы, чтобы воспроизвести эти необычные оптические характеристики в широком диапазоне длин волн света», – сказал аспирант Национального университета Сингапура (NUS). Гуанвэй Ху, первый автор исследования и постоянный исследователь с группой Алу. «Наше исследование показывает, что твистроника для фотонов может открыть поистине захватывающие возможности для световых технологий, и мы рады продолжить изучение этих возможностей», – сказал проф. C.W.
Цю, господин. Советник Ху в NUS.