Menjebak dan mengendalikan cahaya pada antarmuka bahan nano atom tipis – Sains Terkini

Cahaya dapat mengambil bagian dalam fenomena aneh di skala nano. Menjelajahi fenomena ini dapat membuka aplikasi canggih dan memberikan wawasan yang berguna tentang interaksi antara gelombang cahaya dan bahan lainnya.

Dalam sebuah studi baru-baru ini, para ilmuwan di Universitas Cornell mengusulkan metode baru dimana cahaya skala nano dapat dimanipulasi dan diangkut. Moda transportasi cahaya khusus ini diketahui muncul pada antarmuka yang disetel dengan baik antara material nano yang sedikit berbeda. Minwoo Jung, peneliti utama dalam studi ini, mengilustrasikan konsep ini melalui analogi sederhana: "Sebuah tabung apung memiliki lubang di tengah, tetapi balon normal tidak. Tidak peduli bagaimana Anda menekan balon bundar, itu tidak dapat dibentuk kembali seperti sebuah donat – setidaknya tidak tanpa meletuskan balon, merajut kembali karetnya, dan menyuntikkan kembali udara. Jadi, topologi tabung dan balon berbeda karena keduanya tidak terhubung melalui deformasi halus. "


Jung lebih jauh menjelaskan bahwa fisikawan tertarik untuk merekatkan dua bahan yang secara topologis berbeda secara berdampingan sehingga salah satunya bertindak seperti balon dan yang lainnya seperti tabung. Artinya, pada antarmuka mereka, proses yang menghubungkan kedua material ini harus terjadi, seperti poking / popping / re-knitting / re-injecting dari balon ke tabung. Dalam kondisi yang tepat, proses ini dapat menghasilkan saluran yang kuat untuk mentransmisikan energi atau informasi di sepanjang antarmuka. Karena proses ini dapat diterapkan pada cahaya (yang bertindak sebagai pembawa energi atau informasi), cabang fisika ini disebut fotonik topologi.

Jung dan timnya menggabungkan konsep fotonik topologi yang menakjubkan dengan teknik inovatif yang menangkap cahaya dalam bahan setipis atom. Metode ini menyatukan dua bidang yang muncul dengan cepat dalam fisika terapan dan fundamental: graphene nanolight dan fotonik topologi. Jung mengatakan, "Graphene adalah platform yang menjanjikan untuk menyimpan dan mengendalikan cahaya skala nano dan bisa menjadi kunci dalam pengembangan perangkat nanofotonik on-chip dan ultrakompak, seperti pandu gelombang dan rongga."

Tim peneliti menjalankan simulasi yang melibatkan lembaran graphene yang dilapisi pada material berpola nano yang berfungsi sebagai metagate. Metagate seperti sarang lebah ini terdiri dari lapisan material padat dengan lubang dengan ukuran berbeda, berpusat pada simpul segi enam. Jari-jari yang bervariasi dari lubang-lubang ini mempengaruhi cara foton melewati material. Para ilmuwan menemukan bahwa secara strategis "merekatkan" dua metagate berbeda menciptakan efek topologi yang membatasi foton di antarmuka mereka dengan cara yang dapat diprediksi dan dikendalikan.

Pilihan desain metagate yang berbeda menunjukkan hierarki dimensi topologi perangkat. Secara khusus, bergantung pada geometri metagate, nanolight dapat dibuat mengalir di sepanjang tepi satu dimensi dari antarmuka topologi atau dapat disimpan secara topologis pada simpul berdimensi nol (mirip titik). Selain itu, metagate memungkinkan sakelar listrik on-and-off dari pandu gelombang atau rongga ini. Efek topologi yang dioperasikan dengan baterai seperti itu dapat menguntungkan adopsi teknologi fotonik topologi dalam perangkat praktis.


Tim Jung optimis bahwa kombinasi sinergis dari graphene nanolight dan topological photonics akan memacu kemajuan di bidang penelitian yang relevan, seperti optik, ilmu material, dan fisika solid-state. Sistem material berbasis graphene mereka sederhana, efisien, dan cocok untuk aplikasi nanofotonik: sebuah langkah maju dalam memanfaatkan potensi penuh cahaya.

Referensi:

Bahan disediakan oleh SPIE – Masyarakat Internasional untuk Optik dan Fotonik. Catatan: Konten dapat diedit gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.