Technion po raz pierwszy w historii wykrywa fale świetlne i dźwiękowe w materiałach dwuwymiarowych

Naukowcy z Technion Israel Institute of Technology w Hajfie zarejestrował połączoną transmisję fal dźwiękowych i świetlnych w materiałach o grubości atomu. „Materiały jednowarstwowe, znane również jako materiały dwuwymiarowe, same w sobie są nowymi materiałami, solidnymi materiałami złożonymi z pojedynczej warstwy atomów” – wyjaśnił Technion w oświadczeniu. „Grafen, pierwszy odkryty materiał dwuwymiarowy, został po raz pierwszy wyizolowany w 2004 roku, dzięki czemu zdobył Nagrodę Nobla w 2010 roku”. Wykorzystując te materiały, Technion po raz pierwszy w historii zademonstrował, jak impulsy świetlne przechodzą przez te materiały, co opublikowali w czasopiśmie naukowym Nauka Po ich odkryciach spotkały się z dużym zainteresowaniem członków społeczności naukowej.

„Światło porusza się w przestrzeni z prędkością 300 000 km/s. Porusza się przez wodę lub szkło i o ułamek spowalnia”, Technion Powiedział. „Ale kiedy porusza się przez kilka warstwowych ciał stałych, światło zwalnia około tysiąckrotnie. Dzieje się tak, ponieważ światło sprawia, że ​​atomy tych specjalnych materiałów wibrują, tworząc fale dźwiękowe (zwane również fononami), a te atomowe fale dźwiękowe wytwarzają światło kiedy wibrują”. Tak więc Impuls jest w rzeczywistości gęstą mieszanką dźwięku i światła, zwaną „polarytonem fononowym”. Świeci, materialny śpiewa. Aby dojść do swoich odkryć, naukowcy wysłali impulsy światła wokół krawędzi tych dwuwymiarowych materiałów za pomocą ultraszybkiego transmisyjnego mikroskopu elektronowego (UTEM), który wewnątrz wytwarzał hybrydowe fale świetlne i dźwiękowe.

W ramach odkrycia Technion zauważył, że naukowcy nie tylko byli w stanie rejestrować fale świetlne, ale także zauważyli, że mogą one być zarówno przyspieszane, jak i spowalniane, a w pewnym momencie impulsy mogą rozdzielać się oddzielnie z różnymi prędkościami. Próbka, która jest następnie odbierana przez detektor. Ten proces daje naukowcom możliwość śledzenia fali dźwięku i światła w „bezprecedensowej rewolucji” w przestrzeni i czasie, powiedział Technion. Dokładność czasu jest równa liczbie sekund na milion lat. „Fala hybrydowa porusza się wewnątrz materiału, więc nie można jej zaobserwować za pomocą normalnego mikroskopu optycznego” – mówi Robert i Ruth Magid, kierownik laboratorium wiązek elektronów, profesor Ido Kaminer i doktorant Yaniv Kerman. Większość pomiarów światła w materiałach 2D opiera się na technikach mikroskopowych, które wykorzystują obiekty przypominające igłę, które skanują powierzchnię punkt po punkcie, ale każdy taki kontakt igły zakłóca ruch fal, który próbujemy zobrazować. „W przeciwieństwie do tego, nasza nowa technologia może wizualizować ruch światła bez zakłócania go” – dodał Karman. „Naszych wyników nie można było osiągnąć przy użyciu obecnych metod. Dlatego oprócz naszych odkryć naukowych przedstawiamy technikę pomiarową, której wcześniej nie widzieliśmy, a która będzie miała znaczenie dla wielu innych odkryć naukowych”. Corman był odpowiedzialny za wypełnienie równań matematycznych, aby przewidzieć, jak światło powinno się zachowywać podczas przechodzenia przez materiały 2D i jak może być mierzone podczas pandemii COVID-19, kiedy uniwersytety były zamknięte. Jego kolega, doktorant Raphael Dahan, opracował sposób skupiania impulsów podczerwieni w UTEM i dokonał aktualizacji maszyny, aby umożliwić jej wyciągnięcie niezbędnych wniosków. Kiedy wznowiono badania na uniwersytetach w całym kraju, zespół był w stanie udowodnić teorię Kormana, a nawet odnotować „dodatkowe zjawiska, których się nie spodziewałeś”, powiedział Technion. „Możemy wykorzystać system do badania różnych zjawisk fizycznych, do których nie można uzyskać dostępu w inny sposób” – powiedział prof. Kaminer. Potwierdzone zawirowania światła, eksperymenty w teorii chaosu i symulacje zjawisk zachodzących w pobliżu czarnych dziur. „Ponadto nasze odkrycia mogą pozwolić na produkcję cienkich jak atom 'kable’ optyczne, które można umieszczać w obwodach elektrycznych i przesyłać dane bez przegrzewania systemu – zadanie, które jest obecnie bardzo trudne ze względu na redukcję obwodów”. Inne przykłady jego zastosowania mogą rozszerzyć możliwości mikroskopów elektronowych i zwiększyć możliwości komunikacji optycznej za pomocą cienkich warstw atomowych. „Byłem zadowolony z tych wyników” – powiedział profesor Harald Jessen z Uniwersytetu w Stuttgarcie, który nie był zaangażowany w badania. . „To prawdziwy postęp w ultraszybkiej nanooptyce i reprezentuje najnowocześniejszą technologię i przełomową naukę”. Oglądanie w realnej przestrzeni i czasie rzeczywistym jest piękne i, o ile mi wiadomo, nie zostało to wcześniej udowodnione.”