Фотоника занимается различными способами использования света. Волоконно-оптическая связь является примером фотоники, как и технология, лежащая в основе фотодетекторов и солнечных элементов.
Когда фотонные компоненты настолько малы, что измеряются в нанометрах, это называется нанофотоникой. Чтобы раздвинуть границы возможного в этом крошечном формате, решающее значение имеет прогресс в фундаментальных исследованиях. Новаторский «световой короб» исследователей Чалмерса позволяет чередовать свет и материю так быстро, что уже невозможно различать два состояния.
Свет и материя становятся одним.
«Мы создали гибрид, состоящий из равных частей света и материи. Эта концепция открывает совершенно новые возможности как в фундаментальных исследованиях, так и в прикладной нанофотонике, и это вызывает большой научный интерес ", – говорит Руджеро Верре, исследователь из отдела физики в Чалмерсе и один из авторов научной статьи.
Это открытие произошло, когда Верре и его коллеги по департаменту Тимур Шегай, Денис Баранов, Баттулга Мунхбат и Микаэль Калл инновационным образом объединили две разные концепции. Исследовательская группа Микаэля Калла работает над так называемыми наноантеннами, которые могут наиболее эффективно улавливать и усиливать свет. Команда Тимура Шегая проводит исследования определенного типа атомарно тонкого двумерного материала, известного как материал TMDC, который напоминает графен.
Новые возможности были созданы благодаря объединению концепции антенны со сложенным двухмерным материалом.
Исследователи использовали хорошо известный материал TMDC – дисульфид вольфрама – но по-новому.
Создав крошечный резонансный ящик – очень похожий на звуковой ящик на гитаре – они смогли заставить свет и материю взаимодействовать внутри него. Резонансная коробка гарантирует, что свет улавливается и отражается в определенном “ тоне ” внутри материала, тем самым гарантируя, что световая энергия может эффективно передаваться электронам материала TMDC и обратно. Можно сказать, что световая энергия колеблется между двумя состояниями – световыми волнами и материей – в то время как она улавливается и усиливается внутри коробки.
Исследователям удалось чрезвычайно эффективно объединить свет и материю в одной частице диаметром всего 100 нанометров, или 0.00001 сантиметр.
Это универсальное решение является неожиданным достижением в фундаментальных исследованиях, но мы надеемся, что оно также может способствовать созданию более компактных и экономичных решений в прикладной фотонике.
«Нам удалось продемонстрировать, что сложенные в стопку атомно тонкие материалы можно наноструктурировать в крошечные оптические резонаторы, что представляет большой интерес для приложений фотоники. Поскольку это новый способ использования материала, мы называем это «нанофотоникой TMDC».
Я уверен, что у этой области исследований блестящее будущее », – говорит Тимур Шегай, доцент кафедры физики Чалмерса и один из авторов статьи.