Seguimiento nanolight lenta en las losas de metamateriales hiperbólicos naturales

Elhuyar Fundazioa

se muestran ilustración (arriba) y de simulación (abajo) de nanoimaging nanolight lenta en una placa delgada de nitruro de boro. pulsos de luz incidente se convierten por una película de oro (Au) en lenta hiperbólica … ver más

Crédito: CIC nanoGUNE

Investigadores de CIC nanoGUNE (País Vasco), en colaboración con los colegas en el ICFO – El Instituto de Ciencias Fotónicas (Catalunya) han reflejado cómo la luz se mueve dentro de una clase exótica de materia conocido como materiales hiperbólicas. Observaron, por primera vez, la propagación de impulsos ultraslow y ondas que se propagan hacia atrás en gruesas placas profundas sublongitud de onda escala de nitruro de boro – un material hiperbólica natural para la luz infrarroja. Este trabajo ha sido financiado por la CE El grafeno Flagship y recientemente se informó enNature Fotónica.

materiales hiperbólicas son muy especiales porque se comportan como un metal en una dirección, pero como un aislante en la otra. Hasta ahora, estos materiales se han utilizado para fabricar nanoestructuras complejas que permiten imágenes de sublongitud de onda a gran escala, así como el enfoque y el control de la luz en la nanoescala. Sin embargo, con el fin de explotar plenamente su potencial, es necesario estudiar y comprender cómo se comporta la luz en su interior.

El trabajo sienta las bases para el estudio de la forma precisa en que la luz viaja a través de un sistema óptico complejo en la escala sublongitud de onda en niveles extremadamente altos de detalle. Dicha capacidad será de vital importancia para la verificación de que los futuros dispositivos nanofotónicos, tal vez con biosensores ópticos o aplicaciones informáticas, están funcionando como se esperaba.

“La dificultad en la realización de los experimentos reportados es la extremadamente corta longitud de onda de la luz cuando está dentro de un material hiperbólica”, explica el profesor Ikerbasque Rainer Hillenbrand, líder del grupo nanoóptica en el nanoGUNE. Cuando la luz se mueve en el interior del material – en nuestro caso, la luz del infrarrojo medio en una losa de 135 nm de nitruro de boro – que se desplaza en forma de lo que llamamos un polariton, donde la luz es en realidad acoplado a las vibraciones de la materia en sí “.

Estos polaritonas pueden considerarse como un arma de doble filo para los científicos que tratan de estudiarlas. Por un lado, aprietan la luz en volúmenes mucho más pequeños que es normalmente posible. Esto es útil para una amplia gama de aplicaciones que requieren la manipulación de la luz en pequeños espacios, tales como la detección y la identificación de moléculas individuales. Por otra parte, este ultra-alta confinamiento significa que las técnicas especiales que se han desarrollado para mirar a su comportamiento.

Edward Yoxall, que llevó a cabo los experimentos en el nanoGUNE junto con Martin Schnell, explica: “Debido a la longitud de onda de un polariton es tan pequeña, no podemos usar el equipo” convencional “ópticos, tales como lentes y cámaras, a la imagen de la misma. En su lugar, tenemos que usar un tipo especial de microscopio. “Este microscopio – un escaneo de tipo de dispersión de campo cercano microscopio de infrarrojos – es capaz de ver detalles 1000 veces más pequeño que un microscopio de infrarrojos estándar, visualizando” objetos “de sólo 10 nanómetros.

“Pero no se trata sólo de la resolución espacial que hace el seguimiento de polaritonas complicado”, continúa Yoxall. “Si queremos ver cómo una polariton mueve, lo que necesitamos para detectar y hacer un seguimiento tanto en el espacio y el tiempo. Esto se puede lograr mediante el uso de destellos de luz extremadamente cortos – o pulses- que son sólo 100 femtosegundos larga “Eso es un número extremadamente pequeño;. Menos de una millonésima de una millonésima de segundo. Mediante el uso de estos destellos muy cortos en combinación con su microscopio de campo cercano, los investigadores son capaces de ver los polaritonas que pasan a diferentes lugares a lo largo de la losa de nitruro de boro, lo que permite medir su velocidad.

Utilizando el espacio y la hora que se recoge durante el experimento, los científicos han sido capaces de determinar exactamente cómo el polariton viajaba. Los mapas de tiempo- y se resolvieron con el espacio revelaron una serie de comportamientos intrigantes de los polaritonas, incluyendo una dramática desaceleración de la velocidad de pulso – por debajo del 1 por ciento de la velocidad de la luz al vacío y en una inversión de la dirección en la que las olas eran polariton que se propaga en relación con la dirección del flujo de energía.

“Un resultado interesante es la velocidad a la que los polariton mueve”, dice Yoxall. “Hay un gran interés en la luz lenta, y lo que hemos mostrado aquí es una forma novedosa de lograr esto.” luz lenta en estructuras fotónicas convencionales tiene un gran potencial para múltiples aplicaciones en tecnologías de detección y comunicación, debido a mejorar las interacciones luz-materia. El confinamiento de profundidad sublongitud de onda escala de polaritonas lentos en materiales hiperbólicas podría ayudar a miniaturizar estos dispositivos.

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