Vědci zmapovali šíření terahertzových vln v polovodičovém krystalu

Pochopení tohoto principu otevírá mimo jiné cestu k vývoji nových komunikačních technologií. Tuzemskou zástupkyní v týmu byla výzkumnice Andrea Konečná z Vysokého učení technického v Brně. Práci otiskl prestižní časopis z „rodiny“ Nature, konkrétně Nature Materials.

Vědci pracovali s materiálem zvaným hessit (Ag2Te, tellurid stříbrný). Ačkoliv se minerál vyskytuje i ve volné přírodě, pro účely experimentu jej připravili ve formě nanokrystalů odborníci z Fudanské univerzity v čínské Šanghaji. Použité vzorky byly tenké méně než sto nanometrů, tedy tisíckrát tenčí než lidský vlas. 

Související

Martin Pokorný

Průlomová technologie českých vědců zvýší…

Martin Pokorný

Jaderná fúze bez neutronů nabízí podle vědců…

„Hessit má velmi zajímavé vlastnosti. My jsme měřili jeho optické vlastnosti, ovšem na velmi nízkých frekvencích, které člověk nemůže běžně vidět. V materiálu se nám podařilo pomocí speciálního mikroskopu vybudit takzvané plazmony, které vznikají díky odezvě vodivostních elektronů na světlo. V našem případě si plazmony si můžeme představit jako vlnění, které je lokalizované velmi těsně na povrchu nanokrystalu, a které umožňuje do tohoto speciálního materiálu fokusovat světlo na velmi nízkých frekvencích,“ popisuje vědkyně Andrea Konečná z VUT v Brně.

Hessit je zajímavý i tím, že se chová jako „špatný kov“. „Běžné kovy se ve všech směrech chovají stejně, například stejně vedou elektrický proud nebo právě světlo ve formě povrchových plazmonů. Naopak hessit se v každém směru chová trochu jinak. Když to řeknu s nadsázkou, světlo se v něm dá „pokřivit“ v závislosti na tom, jak materiál například natočíte nebo jak na něj svítíte,“ doplňuje Konečná.

Vědcům se podařilo u kovu vůbec poprvé experimentálně prokázat takzvanou anizotropii, tedy výše zmíněný potenciál měnit vlastnosti určité veličiny podle volby směru. Z výzkumného hlediska jde o velmi zajímavou možnost. „Představte si, že do vody hodíte kámen – vlny se pak budou šířit rovnoměrně do všech směrů a na hladině vytvoří soustředné kružnice. Zkoumaný materiál se ale choval tak, že jsme pozorovali elipsy: v jednom směru se povrchové plazmony šířily na menší vlnové délce, v dalším na větší. A dá se dosáhnout i případů, kdy se v jednom směru nebudou šířit vůbec. Pokud budeme tento mechanismus dokonale znát, můžeme s tím dále pracovat,“ říká Konečná.

Výsledky tohoto unikátního experimentu nabízí příslib využití v praxi, byť vědci zatím stále pracují na základním výzkumu. „Slibné je zejména terahertzové vlnění, což je technologicky významná oblast spektra zajímavá pro vývoj komunikačních technologií. Mluvíme-li o terahertzích, jde o třikrát rychlejší vlnění než gigahertz, který používají dnešní technologie například v počítačích. Vlnění by bylo možné využít i ke zkoumání základních vlastností materiálů v nanoměřítku, potenciál pro případné využití zde tedy je. Zatím jsme nicméně na začátku a snažíme se vůbec pochopit, jaké vlastnosti materiál má, případně jak ho vylepšit,“ upozorňuje Konečná.

Zdroj: Nature Materials, VUT v Brně