Ερευνητική ομάδα από το Ινστιτούτο Μοριακής Επιστήμης (IMS) και το Πανεπιστήμιο της Οσάκα πέτυχε για πρώτη φορά την απεικόνιση της υπερταχείας οπτικής τροποποίησης των υπερβολικών φονονικών πολαριτονίων (HPhPs) σε πραγματικό χώρο.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nano Letters. Τα HPhPs είναι υβριδικές καταστάσεις που προκύπτουν από την ισχυρή ζεύξη του υπερύθρου φωτός με τα οπτικά φονόνια ενός υλικού. Η υβριδική τους φύση επιτρέπει τη μεταφορά ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας με εγκλωβισμό του φωτός σε διαστάσεις πολύ μικρότερες από το μήκος κύματος στο κενό.
Λέιζερ: Ξεπερνώντας το εμπόδιο της απεικόνισης
Η απευθείας παρατήρηση του υπερταχέος ελέγχου των HPhPs αποτελούσε μεγάλη πειραματική πρόκληση. Επειδή παρουσιάζουν ισχυρή διασπορά, ένας ευρυζωνικός παλμός υπερύθρου διεγείρει ταυτόχρονα πολλά διαφορετικά μήκη κύματος. Αυτό προκαλεί επικάλυψη των γραμμών συμβολής και θολώνει τις εικόνες.
Για να ξεπεράσουν το πρόβλημα, οι ερευνητές εισήγαγαν ένα φράγμα περίθλασης στη διαδρομή ανίχνευσης ενός οπτικού μικροσκοπίου εγγύς πεδίου. Η μέθοδος αυτή διαχωρίζει φασματικά το φως κατά την ανίχνευση και όχι κατά τη διέγερση. Έτσι, διατηρείται χρονική διακριτική ικανότητα 150 femtoseconds σε συνδυασμό με νανομετρική χωρική ακρίβεια.
Έλεγχος μέσω ετεροδομών
Εφαρμόζοντας τη νέα τεχνική σε ετεροδομές εξαγωνικού νιτριδίου του βορίου (hBN) και διθειούχου βολφραμίου (WS2), οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η οπτική διέγερση προκαλεί μεταβολές τόσο στο εύρος του ηλεκτρικού πεδίου όσο και στο μήκος κύματος των HPhPs.
Οι ηλεκτρομαγνητικές προσομοιώσεις έδειξαν ότι η παραγωγή φωτοπροκληθέντων φορέων στο WS2 τροποποιεί τη διηλεκτρική του απόκριση. Η μεταβολή αυτή επηρεάζει άμεσα τα πολαριτόνια που διαδίδονται στο γειτονικό hBN, προσφέροντας έναν μηχανισμό υπερταχέος οπτικού ελέγχου μέσω της διεπιφάνειας van der Waals. Η ανακάλυψη αυτή ανοίγει τον δρόμο για την ανάπτυξη υπέρταχων και εξαιρετικά συμπαγών νανοφωτονικών συσκευών.
