การเลี้ยวเบนของแสงขณะเคลื่อนที่ไปรอบๆ วัตถุ หากไม่เป็นเช่นนั้น การออกแบบอุปกรณ์ควอนตัมออปติกและการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลเพื่อแก้ไขภาพระดับนาโนจะง่ายขึ้นมาก ขณะนี้ความร่วมมือระหว่างประเทศของนักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าการแพร่กระจายที่ปราศจากการกระจายและการเลี้ยวเบนเป็นไปได้ด้วยความละเอียดที่เกินขีด จำกัด การเลี้ยวเบนมากกว่าลำดับความสำคัญ
ในชั้นบิดของโมลิบดีนัมไตรออกไซด์ 2 มิติ เอฟเฟกต์
โฟโตนิกเหล่านี้สะท้อนพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในกราฟีน bilayer bilayer ที่บิดเบี้ยว ซึ่งรายงานของอิเล็กตรอนที่เดินทางโดยไม่มีการต้านทานได้เริ่มต้นขึ้นในด้านการวิจัยวัสดุ 2 มิติรูปแบบใหม่ที่เรียกว่า “twistronics” ในปี 2018 Pablo Jarillo-Herrero และเพื่อนร่วมงานสังเกตว่าอิเล็กตรอนในกราฟีน bilayer ที่เก่าแก่ – ชั้นของตาข่ายอะตอมคาร์บอนรูปรังผึ้ง – สามารถทำเป็นตัวนำยิ่งยวดหรือมีอยู่ในสถานะฉนวน Mott (ขึ้นอยู่กับว่ามีการใช้สนามไฟฟ้าหรือไม่) เมื่อชั้นหนึ่งบิดเบี้ยวด้วย “มุมมหัศจรรย์” เมื่อเทียบกับอีกชั้นหนึ่ง หลังจากประกาศนี้ รายงานของระบบ 2D บิดเบี้ยวอื่นๆ ก็ระเบิดเป็นจำนวน แต่ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ที่ชื่นชอบการแสดงตลกของอิเล็กตรอนที่อยากรู้อยากเห็นได้ไตร่ตรองว่าอิเล็กตรอนแข่งผ่านกราฟีนที่มีมุมมายากลสามารถจับคู่ได้อย่างแข็งแกร่งพอที่จะสร้างคู่คูเปอร์ที่อยู่เบื้องหลังความเป็นตัวนำยิ่งยวดได้อย่างไรพฤติกรรมที่เรียกว่า “วงแบน” นี้ยังกระตุ้นแนวคิดใหม่สำหรับนักวิจัยในด้านโฟโตนิกส์
โฟโตนิคแบนด์แบนด์Andrea Alùนักวิจัยจาก City University of New York และผู้เขียนอาวุโสของรายงานล่าสุด (ซึ่งตีพิมพ์ในNature )ตั้งข้อสังเกตว่าในกราฟีน bilayer bilayer บิดเบี้ยว คำว่า “วงแบน” หมายถึงสถานะที่พลังงานอิเล็กตรอนแผ่ลง เมื่อโมเมนตัมเพิ่มขึ้น แทนที่จะเพิ่มเป็นเส้นตรงด้วยโมเมนตัม (เหมือนที่พวกเขาทำในกราฟีนชั้นเดียว)
พฤติกรรมนี้เกิดขึ้นเพราะเมื่อชั้นคาร์บอน-แลตทิซ
ทั้งสองชั้นบิดเบี้ยวไม่สัมพันธ์กันเล็กน้อย อิเล็กตรอนที่ลอดเข้ามาระหว่างชั้นทั้งสองจะพบกับสนามที่มีศักยภาพพร้อมการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะใหม่ เช่น การเต้นของเสียงดนตรีสองเสียง โฟโตนิกส์เกี่ยวข้องกับแสงมากกว่าการขนส่งอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม Alù และผู้ทำงานร่วมกันได้ตระหนักว่าพฤติกรรมแถบแบนที่คล้ายกันสามารถเกิดขึ้นได้ใน “พื้นผิวเมตา” ของโฟโตนิก นั่นคือวัสดุที่มีองค์ประกอบและโครงสร้างที่ออกแบบมาเพื่อรองรับเอฟเฟกต์โฟโตนิกที่ผิดปกติที่พื้นผิว
โดยปกติแสงจะเล็ดลอดออกมาจากแหล่งกำเนิดของจุดในแนวคลื่นวงกลม เช่น วงแหวนรอบก้อนกรวดที่ตกลงมาในสระน้ำ อย่างไรก็ตาม ใน metasurfaces ที่ออกแบบให้มีปฏิกิริยาโฟโตนิกแบบแอนไอโซทรอปิก วงแหวนเหล่านี้จะถูกบีบให้เป็นวงรี วงรีเหล่านี้สามารถสร้างรูปร่างไฮเปอร์โบลิกได้ เหมือนกับวิถีโคจรของจรวดที่ไปถึงความเร็วการหลบหนี แถบโฟโตนิกแบนด์ที่ Alù และเพื่อนร่วมงานสังเกตเห็นได้ปรากฏขึ้นในช่วงเปลี่ยนผ่านระหว่างการตอบสนองแบบรีโมตและไฮเพอร์โบลิกต่อแสง ซึ่งเกิดขึ้นที่ความถี่เรโซแนนซ์ของพื้นผิวเมตาที่ทำจากกริดของกราฟีนนาโนริบบอน
โดยได้รับแรงบันดาลใจจากการพัฒนาใน twistronics นักวิจัยจึงตัดสินใจที่จะตรวจสอบว่าพฤติกรรมของ photonic flat-band ใน metasurfaces สองชั้นจะเปลี่ยนไปหรือไม่หาก metasurfaces บิดเบี้ยวสัมพันธ์กัน พวกเขาคำนวณว่าสามารถเปลี่ยนแถบแบนราบออกจากความถี่เรโซแนนซ์ได้ง่ายๆ โดยการควบคุมมุมสัมพัทธ์ระหว่างพื้นผิวทั้งสอง
นี่จะเป็นโบนัสมหาศาล เนื่องจาก metasurface
ดูดซับแสงอย่างแรงที่ความถี่เรโซแนนซ์ ซึ่งจะทำให้ยากต่อการใช้เอฟเฟกต์แบบแบนด์แบนด์ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เอฟเฟกต์นี้ทำงานได้โดยปราศจากความทุกข์ทรมานจากพื้นที่ที่ไม่อยู่ในพื้นที่ขนาดใหญ่ พวกเขาพบว่าพวกเขาจำเป็นต้องสร้างนาโนริบบอนในพื้นผิวเมตาที่มีระยะห่างกันอย่างหนาแน่นมาก โดยมีคุณสมบัติที่เล็กมากสำหรับแม้แต่เทคนิคการผลิตนาโนที่ซับซ้อนที่สุด
สายแบนธรรมชาติข้อกำหนดด้านการผลิตนาโนที่เข้มงวดเหล่านี้เป็นความท้าทายอย่างมากต่อความพยายามของนักวิจัยในการตรวจสอบผลการทดลอง การค้นพบนี้มาพร้อมกับรายงานว่าวัสดุ 2D ตามธรรมชาติ (ซึ่งก็คือไม่มีโครงสร้าง) ที่รู้จักกันในชื่อ α-molybdenum trioxide (α-MoO 3 ) แสดงพฤติกรรมการกระจายตัวที่ผิดปกติในอนุภาคกึ่งที่เรียกว่าโฟนอน-โพลาริตอน ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อโฟตอนตกกระทบและการสั่นสะเทือนของ โครงตาข่ายของวัสดุสั่นพร้อมกัน “น่าสนใจ MoO 3สนับสนุนการแพร่กระจายไฮเพอร์โบลิกโพลาริตอนในระนาบ ซึ่งเป็นสิ่งที่เราต้องการสำหรับแนวคิดในการทำงาน โดยไม่ต้องมีข้อกำหนดในการประดิษฐ์ที่ซับซ้อน” Alù บอกกับPhysics World
เขาและผู้ทำงานร่วมกันใช้ 2D α-MoO 3 2 ชั้นที่ หมุนโดยสัมพันธ์กัน และใช้ปลายโลหะระดับนาโนเพื่อกระตุ้นโฟนอน-โพลาริตัน จากนั้นพวกเขาใช้ปลายเดียวกันกับโพรบกล้องจุลทรรศน์ออปติคัลระยะใกล้แบบสแกน (SNOM) ซึ่งวัดระยะใกล้ที่ไม่แพร่กระจาย เพื่อให้ได้ภาพโพลาริตันที่ไม่จำกัดการเลี้ยวเบน
การทดลองเหล่านี้เผยให้เห็นถึงการมีอยู่ของแถบแบนที่สำคัญทั้งหมดที่บิดมุมมหัศจรรย์ของชั้น α-MoO 3 ทั้งสอง ชั้น โดยที่โฟนอน-โพลาริทอนจะแพร่กระจายเป็นรังสีโดยไม่มีการเลี้ยวเบน แม้ว่าการเลี้ยวเบนจะจำกัดความละเอียดของการแพร่กระจายแสงไว้ที่ประมาณครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของมัน นักวิจัยได้โอเวอร์คล็อกค่าสูงสุดของรังสีครึ่งความกว้างเต็มความกว้างใกล้กับจุดบกพร่องที่ 1/40 ของความยาวคลื่นในอวกาศว่าง
ความยาวการสลายตัวของรังสีก็เกือบแปดเท่าของความยาวการสลายตัวของโฟนอน-โพลาริตอนที่เรโซแนนซ์แถบแบนในชั้นเดียว ของα-MoO 3 สังเกตผลกระทบได้แม้ว่าความหนาของชั้นจะแตกต่างกันไป ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่ได้ถูกรบกวนโดยง่าย – ความทนทานตามแบบฉบับของปรากฏการณ์เชิงทอพอโลยี ‘Twistronics’ ปรับแต่งคุณสมบัติของวัสดุ 2 มิติ
Credit : galleryworld.net garybaughman.net genericcanadatadalafil.net globalfreeenergy.info grantstreetgallery.net
