Een team van onderzoekers onder leiding van Columbia University heeft een uniek platform ontwikkeld om een ​​gelaagd kristal te programmeren, het produceren van beeldmogelijkheden buiten de gemeenschappelijke limieten op aanvraag.

De ontdekking is een belangrijke stap in de richting van controle over nanolicht, dat is licht dat toegang heeft tot de kleinste denkbare lengteschalen. Het werk biedt ook inzichten op het gebied van optische kwantuminformatieverwerking, die tot doel heeft moeilijke problemen op het gebied van informatica en communicatie op te lossen.

"We waren in staat om ultrasnelle microscopie op nanoschaal te gebruiken om een ​​nieuwe manier te ontdekken om onze kristallen met licht te controleren, ongrijpbare fotonische eigenschappen naar believen in- en uitschakelen, " zei Aaron Sternbach, postdoctoraal onderzoeker bij Columbia die hoofdonderzoeker is van het onderzoek. "De effecten zijn van korte duur, duurt slechts een biljoenste van een seconde, toch zijn we nu in staat om deze verschijnselen duidelijk waar te nemen."

Het onderzoek verschijnt 4 februari in het tijdschrift Wetenschap .

De natuur stelt een limiet aan hoe strak licht kan worden gefocust. Zelfs in microscopen, twee verschillende objecten die dichterbij zijn dan deze limiet lijken één te zijn. Maar binnen een speciale klasse van gelaagde kristallijne materialen - bekend als van de Waals-kristallen - kunnen deze regels, soms, gebroken zijn. In deze bijzondere gevallen licht kan onbeperkt worden beperkt in deze materialen, waardoor het mogelijk is om zelfs de kleinste objecten duidelijk te zien.

In hun experimenten, de Columbia-onderzoekers bestudeerden het van der Waals-kristal genaamd wolfraamdiselenide, dat van groot belang is vanwege zijn potentiële integratie in elektronische en fotonische technologieën vanwege zijn unieke structuur en sterke interactie met licht.

Toen de wetenschappers het kristal verlichtten met een lichtpuls, ze waren in staat om de elektronische structuur van het kristal te veranderen. De nieuwe structuur, gecreëerd door de optische schakelgebeurtenis, iets heel ongewoons liet gebeuren:superfijne details, op nanoschaal, door het kristal kan worden getransporteerd en op het oppervlak ervan kan worden afgebeeld.

Het rapport demonstreert een nieuwe methode om de lichtstroom van nanolicht te regelen. Optische manipulatie op nanoschaal, of nanofotonica, is een kritisch aandachtsgebied geworden omdat onderzoekers manieren zoeken om te voldoen aan de toenemende vraag naar technologieën die veel verder gaan dan wat mogelijk is met conventionele fotonica en elektronica.

Dmitri Basov, Higgins hoogleraar natuurkunde aan de Columbia University, en senior auteur op het papier, gelooft dat de bevindingen van het team nieuwe onderzoeksgebieden in kwantummaterie zullen aanwakkeren.

"Met laserpulsen konden we een nieuwe elektronische toestand creëren in deze prototypische halfgeleider, al was het maar voor een paar pico-seconden, " zei hij. "Deze ontdekking zet ons op het goede spoor in de richting van optisch programmeerbare kwantumfasen in nieuwe materialen. "