Ny rekord om presning af lys til ét atom:Atomic Lego guider lys under et nanometer

Alle elektroniske enheder består af milliarder af transistorer, den vigtigste byggesten, der blev opfundet i Bell Labs i slutningen af ​​1940'erne. Tidlige transistorer var så store som en centimeter, men måler nu cirka 14 nanometer. Der har også været et kapløb om yderligere at krympe enheder, der styrer og styrer lys. Lys kan fungere som en ultrahurtig kommunikationskanal, for eksempel, mellem forskellige dele af en computerchip, men det kan også bruges til ultrafølsomme sensorer eller nye nanoskala lasere på chip.

Nye teknikker er opstået for at begrænse lys til ekstremt små rum, millioner gange mindre end de nuværende. Forskere fandt tidligere ud af, at metaller kan komprimere lys under bølgelængdeskalaen (diffraktionsgrænse), men mere indespærring ville altid komme på bekostning af flere energitab. Dette paradigme er nu blevet ændret ved hjælp af grafen.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Videnskab , ICFO -forskere har nu begrænset lyset til et rum, der er et atom tykt i dimensionen, den mindste indeslutning mulig. Arbejdet blev ledet af ICREA Prof hos ICFO Frank Koppens og udført af David Alcaraz, Sebastien Nanot, Itai Epstein, Dmitri Efetov, Mark Lundeberg, Romain Parret, og Johann Osmond fra ICFO, og udført i samarbejde med University of Minho (Portugal) og MIT (USA).

Forskerteamet brugte stakke (heterostrukturer) af 2-D materialer, og opbyggede en helt ny nano-optisk enhed, som om det var Lego i atomskala. De tog et grafenmonolag (halvmetal), og stablet et sekskantet bornitrid (hBN) monolag (isolator) på det, og oven på dette afsatte en række metalliske stænger. De brugte grafen, fordi dette materiale er i stand til at lede lys i form af "plasmoner", som er svingninger af elektronerne, interagerer stærkt med lys.

De sendte infrarødt lys gennem deres enheder og observerede, hvordan plasmonerne forplantede sig mellem metallet og grafen. For at nå det mindste tænkelige rum, de besluttede at reducere afstanden mellem metal og grafen så meget som muligt for at se, om indeslutningen af ​​lys forblev effektiv, f.eks. uden yderligere energitab. Påfaldende, de så, at selv når et monolag af hBN blev brugt som afstandsstykke, plasmonerne var stadig begejstrede for lyset, og kunne forplante sig frit, mens den var begrænset til en kanal på bare på atomtykkelse. Det lykkedes dem at tænde og slukke denne forplantning af plasmon, simpelthen ved at anvende en elektrisk spænding, demonstrere styringen af ​​lys styret i kanaler mindre end en nanometer i højden.

Resultaterne af denne opdagelse muliggør en helt ny verden af ​​opto-elektroniske enheder, der kun er en nanometer tykke, såsom ultra-små optiske switche, detektorer og sensorer. På grund af paradigmeskiftet i optisk feltindeslutning, ekstreme lys-stof-interaktioner kan nu undersøges, som ikke var tilgængelige før. Det, der virkelig er spændende, er, at atomskala lego-værktøjskasse af 2-D-materialer nu også har vist sig at være anvendelig til mange typer helt nye materialer, hvor både lys og elektroner kan styres, selv ned til et nanometer.