瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员发现了一种在纳米级捕获,放大和连接光与物质的全新方法。使用由堆叠的原子级薄材料制成的小盒子,他们成功地创造了一种光和物质成为一体的反馈回路。这项发现最近发表在Nature Nanotechnology上,为纳米光子学领域开辟了新的可能性。

光子学关注各种使用光的方法。光纤通信是光子学的一个例子,光电探测器和太阳能电池背后的技术也是如此。当光子元件太小以至于以纳米为单位测量时,这称为纳米光子学。为了突破这种微小格式的可能范围,基础研究的进展至关重要。Chalmers研究人员的创新“灯箱”使得光与物质之间的交替发生得如此之快,以至于不再可能区分这两种状态。光和物质成为一体。

“我们创造了一种由光和物质的相等部分组成的混合物。这一概念为基础研究和应用纳米光子学开辟了新的大门,对此有很大的科学兴趣,”该部门的研究员Ruggero Verre说。 Chalmers的物理学和科学文章的作者之一。

当Verre和他的部门同事Timur Shegai,Denis Baranov,Battulga Munkhbat和MikaelKäll以创新的方式结合两个不同的概念时,发现了这一发现。MikaelKäll的研究团队正在研究所谓的纳米天线,它可以以最有效的方式捕获和放大光。Timur Shegai的团队正在研究某种类型的原子级薄二维材料,称为TMDC材料,类似于石墨烯。通过将天线概念与堆叠的二维材料相结合,创造了新的可能性。

研究人员使用了一种着名的TMDC材料 - 二硫化钨 - 但是以一种新的方式。通过创建一个微小的共鸣箱 - 就像吉他上的音箱一样 - 它们能够使光线和物质在其内部相互作用。谐振盒确保光被捕获并以材料内部的某个“色调”反弹,从而确保光能可以有效地传递到TMDC材料的电子并再次返回。可以说光能在两种状态 - 光波和物质 - 之间振荡,同时在盒子内被捕获和放大。研究人员成功地将光和物质非常有效地结合在一个直径仅为100纳米或0.00001厘米的颗粒中。

这种一体化解决方案是基础研究中意想不到的进步,但也有望为应用光子学提供更紧凑,更具成本效益的解决方案。

“我们成功地证明堆叠的原子级薄材料可以纳米结构成微小的光学谐振器,这对光子学应用非常感兴趣。由于这是一种使用这种材料的新方法,我们称之为'TMDC 纳米光子学 '。我确信这个研究领域前景光明,“查尔莫斯物理系副教授,该文章的作者之一Timur Shegai说。