Het is altijd goed als je harde werk goed op je afstraalt.

Met de ontdekking van de gigantische polarisatierotatie van licht, dat is letterlijk zo.

De ultradunne, sterk uitgelijnde koolstofnanobuisfilms, voor het eerst gemaakt door Rice University-fysicus Junichiro Kono en zijn studenten een paar jaar geleden, bleken een verrassend fenomeen in zich te hebben:een vermogen om zeer capabele terahertz-polarisatierotatie mogelijk te maken.

Deze rotatie betekent niet dat de films draaien. Het betekent wel dat gepolariseerd licht van een laser of een andere bron nu kan worden gemanipuleerd op manieren die voorheen onbereikbaar waren, waardoor het volledig zichtbaar of volledig ondoorzichtig is met een apparaat dat extreem dun is.

De unieke optische rotatie vindt plaats wanneer lineair gepolariseerde lichtpulsen door de film van 45 nanometer gaan en het siliciumoppervlak raken waarop het zich bevindt. Het licht kaatst tussen het substraat en de film voordat het uiteindelijk terugkaatst, maar met zijn polarisatie 90 graden gedraaid.

Dit komt alleen voor, Kono zei, wanneer de polarisatie van het ingangslicht zich onder een specifieke hoek bevindt ten opzichte van de uitlijnrichting van de nanobuis:de "magische hoek".

De ontdekking door hoofdauteur Andrey Baydin, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Kono, is gedetailleerd in optiek . Het fenomeen, die kan worden afgestemd door de brekingsindex van het substraat en de filmdikte te veranderen, kan leiden tot robuuste, flexibele apparaten die terahertz-golven manipuleren.

Kono zei gemakkelijk te fabriceren, ultradunne breedband polarisatie rotators die bestand zijn tegen hoge temperaturen zullen een fundamentele uitdaging aangaan bij de ontwikkeling van terahertz optische apparaten. De omvangrijke apparaten die tot nu toe beschikbaar waren, maken slechts beperkte polarisatiehoeken mogelijk, dus compacte apparaten met meer mogelijkheden zijn zeer wenselijk.

Omdat terahertzstraling gemakkelijk door materialen als plastic en karton gaat, ze kunnen bijzonder nuttig zijn bij de productie, kwaliteitscontrole en procesbewaking. Ze kunnen ook handig zijn in telecommunicatiesystemen en voor veiligheidsonderzoeken, omdat veel materialen unieke spectrale kenmerken hebben in het terahertz-assortiment, hij zei.

"De ontdekking opent nieuwe mogelijkheden voor golfplaten, " zei Baydin. Een golfplaat verandert de polarisatie van het licht dat er doorheen gaat. In apparaten zoals terahertz-spectrometers die worden gebruikt om de moleculaire samenstelling van materialen te analyseren, het kunnen aanpassen van polarisatie tot een volledige 90 graden zou het verzamelen van gegevens met een veel fijnere resolutie mogelijk maken.

"We ontdekten dat specifiek op ver-infrarode golflengten - met andere woorden, in het terahertz-frequentiebereik - deze anisotropie is bijna perfect, " zei Baydin. "Kortom, er is geen demping in de loodrechte polarisatie, en dan significante verzwakking in de parallelle richting.

"Hier hebben we niet naar gezocht, "zei hij. "Het was compleet een verrassing."

Hij zei dat theoretische analyse aantoonde dat het effect volledig te wijten is aan de aard van de sterk uitgelijnde nanobuisfilms, die waren verdwijnend dun maar ongeveer 2 inch in diameter. De onderzoekers observeerden en bevestigden deze gigantische polarisatierotatie met experimenten en computermodellen.

"Gebruikelijk, mensen moeten millimeter dikke kwarts golfplaten gebruiken om terahertz polarisatie te roteren, " zei Baydin, die eind 2019 bij het Kono-lab kwam en het fenomeen kort daarna ontdekte. "Maar in ons geval de film is slechts nanometer dik."

"Grote en omvangrijke golfplaten zijn prima als je ze alleen in een laboratoriumomgeving gebruikt, maar voor toepassingen u wilt een compact apparaat, ' zei Kono. 'Wat Andrey heeft gevonden, maakt het mogelijk.'