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2022-10-30 23:05 |
物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種能夠傳導(dǎo)光線的金屬
新的研究發(fā)現(xiàn)在一種獨特的量子材料中存在波導(dǎo)的證據(jù)。這些發(fā)現(xiàn)與人們對金屬如何導(dǎo)光的預(yù)期相悖，并可能將成像技術(shù)推向光學(xué)衍射的極限之外。當(dāng)我們在日常生活中遇到金屬時，會認(rèn)為它是有光澤的。這是因為普通的金屬材料在可見光波長下具有反射性，因此會將照射到它們的光線反彈回來。盡管金屬很適合導(dǎo)電和導(dǎo)熱，但它們通常不會被認(rèn)為是傳導(dǎo)光線的手段。 P/6$ T2k_
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然而，科學(xué)家們正越來越多地發(fā)現(xiàn)一些例子，這些例子挑戰(zhàn)著人們對量子材料這一新興領(lǐng)域中事物應(yīng)該如何表現(xiàn)的期望。新的研究描述了一種能夠通傳導(dǎo)光線的金屬。該研究由哥倫比亞大學(xué)希金斯物理學(xué)教授德米特里-巴索夫領(lǐng)導(dǎo)的研究小組進(jìn)行，于10月26日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。"巴索夫說："這些結(jié)果違背了我們的日常經(jīng)驗和普通概念。 <&^P1x<x
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Yinming Shao："利用雙曲質(zhì)子，我們可以用長幾百倍的紅外光來解析小于100納米的特征。" R9 @Dd
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這項工作由Yinming Shao領(lǐng)導(dǎo)，他現(xiàn)在是哥倫比亞大學(xué)的博士后，當(dāng)Basov在2016年將他的實驗室從加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）搬到紐約時，他作為博士生轉(zhuǎn)來。在與巴索夫小組合作期間，Shao一直在探索一種被稱為ZrSiSe的半金屬材料的光學(xué)特性。在2020年的《自然-物理學(xué)》雜志上，Shao和他的同事表明ZrSiSe與石墨烯有電子方面的相似之處，石墨烯是2004年發(fā)現(xiàn)的第一個所謂的狄拉克材料。然而，ZrSiSe具有增強的電子關(guān)聯(lián)性，這在狄拉克半金屬中是罕見的。 7)SG#|v[$
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石墨烯是一個單一的、原子般薄的碳層，而ZrSiSe是一個由層組成的三維金屬晶體，在平面內(nèi)和平面外的方向上表現(xiàn)不同。這是一種被稱為各向異性的特性。 T5H[~b|9-
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Dmitri Basov："我們想利用光波導(dǎo)模式，就像我們在這種材料中發(fā)現(xiàn)的那樣，并希望在其他材料中發(fā)現(xiàn)，作為有趣的新物理學(xué)的報告者。" =;A p+}
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"它有點像一個三明治：一層像金屬，而下一層像絕緣體，"Shao解釋說。"當(dāng)這種情況發(fā)生時，光開始在某些頻率下與金屬發(fā)生不同尋常的互動。它可以在材料內(nèi)部以"之"字形的方式傳播，而不是僅僅被彈開，我們稱之為雙曲波導(dǎo)。 &B ?TX.
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在他們目前的工作中，Shao和他在哥倫比亞大學(xué)和加州大學(xué)舊金山分校的合作者觀察到了這種光的之字形運動，即所謂的雙曲波導(dǎo)模式，通過不同厚度的ZrSiSe樣品。這種波導(dǎo)可以引導(dǎo)光通過材料。在這里，它們是由光子與電子振蕩混合產(chǎn)生的混合類粒子，稱為質(zhì)子。 $23*:)&J4
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盡管在許多層狀金屬中都符合產(chǎn)生可以超線性傳播的質(zhì)子的條件，但正是由于ZrSiSe獨特的電子能級范圍，稱為電子帶結(jié)構(gòu)，使研究小組能夠在這種材料中觀察到它們。 qw?#~"Ca.
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質(zhì)子可以"放大"樣品中的特征，使研究人員能夠看到超越光學(xué)顯微鏡的衍射極限，否則，光學(xué)顯微鏡無法解決比其使用的光的波長更小的細(xì)節(jié)。"Shao說："使用雙曲質(zhì)子，我們可以用長幾百倍的紅外光解決小于100納米的特征。" +U 9m
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Shao說，ZrSiSe可以被剝離到不同的厚度，使其成為偏愛超薄材料的納米光學(xué)研究的一個有趣的選擇。然而，它可能不是唯一有價值的材料--從這里開始，該小組希望探索其他與ZrSiSe有相似之處但可能有更有利的波導(dǎo)特性的材料。這可以幫助研究人員開發(fā)更有效的光學(xué)芯片，以及更好的納米光學(xué)方法來探索有關(guān)量子材料的基本問題。
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