Исследователи из Национального института графена при Манчестерском университете и Университета Овьедо опубликовали в журнале Science Advances результаты нового исследования. Они обнаружили ранее неизвестное поведение света в гипсе — минерале, более известном своим использованием в строительной штукатурке и мелу.
Команда обнаружила редкий тип волны, известный как сдвиговый фононный поляритон, в двумерной форме материала. Фононные поляритоны — это гибридные волны света и вещества, которые возникают, когда свет взаимодействует с атомными колебаниями в некоторых кристаллах. Они могут распространяться через материалы необычным образом и концентрировать свет в чрезвычайно малых объёмах.
В этом исследовании учёные выяснили, что в тонких плёнках гипса эти волны претерпевают топологический переход, переходя от гиперболического к эллиптическому поведению, проходя через уникальное канализированное состояние. Этот переход позволяет учёным настраивать распространение света через материал.
«Исследования сдвиговых фононных поляритонов в предыдущих работах были ограничены объёмными кристаллами в гиперболическом режиме. В нашем исследовании мы стремились дополнить эти первоначальные выводы сдвиговыми поляритами в двумерном материале», — сказал доктор Пабло Диас Нуньес, который руководил исследованием.
«И, что примечательно, мы обнаружили, что сдвиговые фононные поляритоны в гипсе поддерживают топологический переход от гиперболического к эллиптическому распространению с канализацией между ними», — добавил доктор Диас Нуньес.
Он также отметил: «Более того, мы смогли ограничить свет в пространстве, в двадцать пять раз меньшем, чем длина его волны, и замедлить его до доли скорости в вакууме. Это открывает новые возможности для манипулирования светом на наноуровне».
Исследование также подчёркивает роль кристаллической симметрии. Гипс принадлежит к классу материалов с низкой симметрией, в частности к моноклинной кристаллической системе, что приводит к асимметричному распространению света и потерям энергии — основным характеристикам сдвиговых поляритонов.
Эти результаты выходят за рамки фундаментальных исследований распространения фононных поляритонов и могут поддержать будущие разработки в областях, которые полагаются на точный контроль света, таких как управление тепловыми режимами, сенсорика и визуализация за пределами возможностей традиционной оптики. Более того, исследование представляет гипс как новую платформу для изучения передовых фотонных концепций в таких развивающихся областях, как неэрмитова фотоника.
Предоставлено:
Университет Манчестера