Wycisnąć ze światła jak najwięcej

Fot. Pixabay CC0

Amerykańscy naukowcy z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) opracowali nową technikę „ściskania" światła podczerwonego w ultracienkie przestrzenie, które mogą wykrywać pojedyncze molekuły. Wszystko dzięki polarytonom, cząstkom, które zacierają granicę między światłem a materią. Mogą być one wykorzystywane do wykrywania bardzo małych ilości materii w pobliżu, takich jak formaldehyd.

Polaritony są hybrydowymi cząstkami kwantowo-mechanicznymi, zbudowanymi z fotonów silnie sprzężonych z wibrującymi atomami. Celem naukowców było wykorzystanie tej interakcji do skupienia światła w bardzo małych przestrzeniach.

Federico Capasso, główny autor badania, powiedział: "Ta praca otwiera nowe drzwi w nanofotonice. Łącząc światło z drganiami atomowymi, skoncentrowaliśmy je na nanourządzeniach znacznie mniejszych niż jego długość fali, otrzymując tym samym nowe narzędzie do wykrywania i manipulowania cząsteczkami".

Badania polegały na zbudowaniu nano-dysków z dwuwymiarowych kryształów azotku boru. Materiał ten działa jak mikrorezonator, który przechwytuje fotony podczerwone i przekształca je w polarytony. Kryształy azotku boru mają także dodatkowe zalety: nie są ograniczone wielkością długości fali i mają małe straty optyczne, co oznacza, że światło ograniczone do dysku może oscylować przez długi czas, zanim opadnie

Opracowane przez badaczy dyski były w stanie skoncentrować światło w objętości tysiące razy mniejszej niż jest to możliwe w przypadku standardowych materiałów optycznych takich jak szkło. Naukowcy zauważyli, że przy tak dużym zagęszczeniu, polarytony oscylują niczym woda w szklance, zmieniając oscylację w zależności od częstotliwości padającego światła.

Kolejnym wyzwaniem dla zespołu Harvard jest optymalizacja tych lekkich nano-koncentratorów w celu osiągnięcia intensywności wystarczająco wysokiej, aby wykryć pojedynczą cząsteczkę.

(KB)