写于 2017-02-13 01:40:09| 金沙平台| 总汇

这是从点状源传播的波的图示

左:常规波传播

右:在双曲线曲面上的波传播

图片来源:P. Li,CIC nanoGUNE远离点源传播的光波通常呈圆形(凸)波前

“当石头落下时,就像水面上的波浪一样,”纳米古腾的欧盟Marie Sklodowska-Curie研究员,该论文的第一作者Peining Li解释道

这种圆形传播的原因是光传播的介质通常是均匀的和各向同性的,即在所有方向上均匀

科学家们已经从理论上预测,特殊结构化的表面在沿着它们传播时可以将光的波前颠倒过来

“在这样的表面,称为hyberbolic metasurfaces,从点源发出的波只在某些方向传播并且具有开放(凹面)波前,”nanoGUNE的博士生,该论文的共同作者Javier Alfaro解释道

这些不寻常的波被称为双曲面极化子

因为它们仅在某些方向上传播,并且波长远小于自由空间或标准波导中的光的波长,所以它们可以帮助小型化用于感测和信号处理的光学装置

现在,研究人员为红外光开发了这样一种表面

它基于氮化硼,一种石墨烯类2D材料,因其能够在极小的长度尺度上操纵红外光而被选中,可用于开发小型化学传感器或用于纳米级光电器件的热管理

另一方面,研究人员成功地用一种特殊的光学显微镜直接观察凹面波前,这是目前为止难以捉摸的

双曲线超曲面制造具有挑战性,因为需要在纳米尺度上进行极其精确的结构化

nanoGUNE的博士生Irene Dolado和nanoGUNE(现为苏黎世联邦理工学院)的前博士后研究员SaülVélez通过电子束光刻和蚀刻堪萨斯州立大学提供的高质量氮化硼薄片来应对这一挑战

“经过几次优化步骤,我们达到了所需的精度,并获得了间隙尺寸小至25 nm的光栅结构,”Dolado说

“相同的制造方法也可以应用于其他材料,这可以为实现具有定制光学特性的人造超曲面结构铺平道路,”SaülVélez补充道

为了了解波如何沿着超曲面传播,研究人员使用了纳米光学组在nanoGUNE开创的最先进的红外纳米成像技术

他们首先在表面上放置了一个红外金纳米棒

“它起着石头掉入水中的作用,”李培宁说

纳米棒将入射的红外光聚集成一个微小的光点,然后发射波,然后沿着表面传播

在所谓的散射型扫描近场显微镜(s-SNOM)的帮助下,研究人员对波浪进行了成像

“看到这些图片真是太棒了

他们确实显示了正在从金纳米棒传播出来的波前的凹曲率,正如理论预测的那样,“负责这项工作的nanoGUNE的Ikerbasque教授Rainer Hillenbrand说

该结果使纳米结构2D材料成为hyberbolic超曲面器件和电路的新平台,并进一步证明了近场显微镜如何应用于揭示各向异性材料中的奇异光学现象以及验证新的超曲面设计原理

出版物:Peining Li,et al

,“Infrared hyperbolic metasurface based on nanostructured van der Waals materials,”Science,2012 Feb 201:Vol

359,Issue 6378,pp.892-896; DOI:10.1126 / science.aaq1704来源:Irati Kortabitarte,CIC nanoGUNE