Forskere opdager interaktion mellem lys og stof i et enkelt lag af atomer

University of Central Florida forskere har udviklet en ny og bedre måde at detektere interaktioner mellem lys og stof på atomniveau, en opdagelse, der kan føre til fremskridt inden for det nye felt af todimensionelle materialer og nye måder at kontrollere lyset på.

Forskere bruger typisk spektrometriske værktøjer til at studere, hvordan lys interagerer med en gas, flydende eller fast. Denne metode beskrives som "uelastisk, "hvilket betyder, at lysets energi ændres af dets kontakt med stof.

Et hold ledet af professor Aristide Dogariu fra UCF's CREOL, College of Optics &Photonics, har været banebrydende for en måde at detektere en sådan interaktion på et enkelt lag af atomer - en overordentlig svær opgave på grund af atomets lille størrelse - ved hjælp af en metode, der er "elastisk". Det betyder, at lysets energi forbliver uændret.

"Vores eksperiment fastslår, at selv på atomniveau, en statistisk optik-baseret måling har praktiske muligheder uovertruffen af ​​konventionelle tilgange, " sagde Dogariu.

Som rapporteret denne måned i Optica , det akademiske tidsskrift for The Optical Society, det er den første demonstration af en elastisk spredning, nærfeltseksperiment udført på et enkelt lag af atomer.

Forskerne demonstrerer dette nye og grundlæggende fænomen ved hjælp af grafen, en todimensionel, krystallinsk materiale. Deres teknik involverede tilfældig belysning af det atomare monolag fra alle mulige retninger og derefter analysere, hvordan de statistiske egenskaber af inputlyset er påvirket af minimale defekter i atomlaget.

Metoden gav forskerne ikke kun en enkel og robust måde at vurdere strukturelle egenskaber af 2D-materialer på, men også med nye midler til at kontrollere de komplekse egenskaber af optisk stråling på subbølgelængdeskalaer.

Holdets konstatering af, at dets metode er overlegen i forhold til konventionelle, er af bred interesse for fysiksamfundet. Udover det, det kan føre til andre fremskridt.

Grafen og andre todimensionelle materialer har egenskaber, som forskere forsøger at udnytte til brug i skærme, batterier, kondensatorer, solceller med mere. Men deres effektivitet kan begrænses af urenheder, og at finde disse defekter kræver sofistikerede mikroskopiteknikker, som nogle gange er upraktiske. Dogarius forskning har givet en mere effektiv måde at opdage disse defekter på - en potentielt værdifuld teknik for industrien.

Konstateringen af, at et enkelt lag af atomer ændrer egenskaber af lys og anden elektromagnetisk stråling, har konsekvenser for styring af lys på subbølgelængdeskalaer i fotoniske enheder såsom LED'er og fotovoltaiske celler.