Свойствами кристаллов можно управлять с помощью света
С помощью новой технологии нанофотоники ученые смогли создать в кристалле полупроводника особое электронное состояние, которое появляется только под действием света. Это позволит управлять свойствами материалов на наноуровне
Существует предел фокусировки света в материалах. Он называется дифракционным пределом и ограничивает минимальный размер пятна электромагнитного излучения, который можно создать на поверхности материала. Но особый класс слоистых кристаллических материалов — кристаллов ван-де-Ваальса — может нарушать это правило и превосходить дифракционный предел.
В этих веществах свет можно сфокусировать очень сильно, чтобы рассмотреть даже мельчайшие детали. Все это возможно из-за того, что анизотропия — различие физических свойств материала при движении по нему в различных направлениях — в таких материалах обеспечивает особое рассеяние света внутри него, что позволяет ограничивать свет на очень небольших площадях.
В новой работе исследователи Колумбийского университета изучали один из кристаллов ван-дер-Ваальса — диселенид вольфрама (WSe2), — который представляет большой интерес для практического применения в электронике и фотонике из-за его уникальной структуры.
Когда ученые направили на кристалл световой импульс, им удалось изменить его электронную структуру. Кристаллическая решетка, образовавшаяся при этом, позволила как бы «просветить» кристалл. Внутренняя структура материала начала отображаться на его поверхности. Лазерные импульсы позволили авторам создать новое электронное состояние в этом полупроводнике и сохранить его несколько пикосекунд, чтобы из него можно было извлечь достаточно информации для анализа структуры.
Под действием света в материале создавались электронно-дырочные пары, которые затем перемещались внутри кристалла по коническим траекториям в виде «гиперболических лучей». В своей работе ученые показали новый метод управления характеристиками рассеяния (дисперсии) света в кристаллах ван-дер-Ваальса. Управление светом на наноуровне, или нанофотоника, были главной областью потенциального практического применения технологии. Сегодня исследователи ищут способы удовлетворения растущего спроса на технологии, которые выходят далеко за рамки обычной фотоники и электроники. Физики надеются, что новый метод откроет им путь к оптически программируемым квантовым фазам в материалах.
Исследование опубликовано в журнале Science.