科学家成功将光束限制在原子尺度,刷新光束限制微观尺度纪录

张莹/新华社

2018-04-23 21:19

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一个国际团队在新一期美国《科学》杂志上报告说,他们利用石墨烯等材料成功将光束限制在一个原子大小的尺度内,刷新了光束限制微观尺度的新纪录。这一成果有助于研制更小尺寸的光学元件。
光子因运动速度极快等性质,被广泛用于通信传输等领域,例如计算机芯片内的传感装置、纳米激光器等。许多科学家致力于进一步缩小光学元件尺寸,此前已实现用金属材料将光束限制在光波尺度范围,但需要耗费很高的能量。
在最新研究中,西班牙光子科学研究所科学家与葡萄牙米尼奥大学、美国麻省理工学院同行一起,使用新材料构造出一种新型纳米尺度光学元件。他们将一层六方氮化硼铺在一层石墨烯上,并在最表层铺设了金属棒阵列。
六方氮化硼是绝缘体,而石墨烯是性质独特的半导体材料。光子在石墨烯中以等离子体形式传播,后者是光子与自由电子耦合产生的一种局域震荡电磁波。
“最初我们想寻找一种激发石墨烯中等离子体的新方法,在过程中,我们发现光束限制(效应)比以前更强烈,额外(能量)损失更小。”论文第一作者、光子科学研究所的戴维·伊兰索解释说。
研究人员让红外线光束穿过上述装置,以观察被激发的等离子体如何传播。为了试探光束传播的极限空间,研究人员不断缩小金属和石墨烯之间的距离。他们发现,当金属和石墨烯间仅隔一层六方氮化硼,被激发的等离子体仍能在一个原子厚度的通道内自由通行。
研究人员说,施加电压可以成为控制通道内等离子体传播的开关,这项研究意味着,将光束传播限制在原子尺度的通道中完全可行。这一成果将有助于研制新的光学通信元件及纳米尺度光学传感器等。
(原标题:科学家成功将光束限制在原子尺度内)
责任编辑:王灿澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
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