Свет способен порождать атомные волны в монослоях кристаллов

Такие волны, называемые фононными поляритонами, имеют гораздо меньшую длину, чем световые, а их амплитуду и частоту можно настраивать, изменяя количество слоев в кристаллах. Об этом открытии, сделанном исследователями из Калифорнийского Университета в Сан-Диего, под руководством профессора физики Дмитрия Басова, рассказывается в онлайновом выпуске Science за 7 марта.

«Волна на поверхности воды — ближайшая аналогия этому, — говорит Дмитрий Басов. — Брошенный камень порождает расходящиеся концентрические волны. Движение атомов. В данном случае инициирующим действием выступает падение лучей света».

В описываемых экспериментах ученые использовали инфракрасное излучение для генерирования фононных поляритонов в гексагональном нитриде бора — материале, состоящем из моноатомных слоев, которые удерживаются вместе силами Ван-дер-Ваальса — самыми слабыми из химических связей. ИК-лучи фокусировались на острие зонда атомно-силового микроскопа, выполнявшего сканирование поверхности материала и регистрировавшего движения кристаллической решетки.

Измерения выявили интерференционную картину, возникающую в результате взаимодействия расходящихся волн с переотраженными. «Эти волны могут отражаться от краев. Они также могут отражаться от дефектов. С ними можно получать множество интересных эффектов. И, разумеется, вы можете задавать длину волны и амплитуду таких колебаний, сообразно с вашими задачами», — комментирует Басов.

Все эти свойства были впервые продемонстрированы для этого класса материалов. Они создают предпосылки для прикладного использования поляритонов, например, для передачи информации внутри чипов, создания изображений с намного более высоким разрешением, чем возможно сегодня, управления распределением тепла в наноустройствах.

Полученные учеными результаты были неожиданными для них. Нитрид бора является изолятором и до сих пор использовался в качестве поддерживающей структуры для других материалов, например, для графена. Этой же группой недавно было показано, что графен может поддерживать волнообразные колебания плотности электронов — плазмонные поляритоны. Будучи столь же компактными, как и фононные поляритоны, они рассеиваются гораздо быстрее последних.

«Эти материалы диэлектрики, поэтому в них не происходит рассеивания электронов, и дальность распространения волн увеличивается. Мы не ожидали, что они будут долгоживущими, но раз уж так оказалось, это весьма пригодится на практике», — заключил Басов.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365