Onderzoekers van de University of Central Florida hebben een nieuwe en betere manier ontwikkeld om interacties tussen licht en materie op atomair niveau te detecteren. een ontdekking die zou kunnen leiden tot vooruitgang in het opkomende gebied van tweedimensionale materialen en nieuwe manieren om licht te beheersen.

Wetenschappers gebruiken meestal spectrometrie-instrumenten om te bestuderen hoe licht interageert met een gas, vloeibaar of vast. Die methode wordt beschreven als "inelastisch, " wat betekent dat de energie van het licht wordt veranderd door zijn contact met materie.

Een team onder leiding van professor Aristide Dogariu van UCF's CREOL, Het College van Optica en Fotonica, heeft een manier gevonden om dergelijke interactie op een enkele laag atomen te detecteren - een buitengewoon moeilijke taak vanwege de minuutgrootte van het atoom - met behulp van een methode die 'elastisch' is. Dat betekent dat de energie van het licht onveranderd blijft.

"Ons experiment stelt vast dat, zelfs op atomair niveau, een op statistische optica gebaseerde meting heeft praktische mogelijkheden die ongeëvenaard zijn door conventionele benaderingen, ' zei Dogaru.

Zoals gemeld deze maand in optiek , het wetenschappelijke tijdschrift van The Optical Society, het is de eerste demonstratie van een elastische verstrooiing, near-field experiment uitgevoerd op een enkele laag atomen.

De onderzoekers demonstreren dit nieuwe en fundamentele fenomeen met behulp van grafeen, een tweedimensionale, kristallijn materiaal. Hun techniek omvatte het willekeurig verlichten van de atomaire monolaag vanuit alle mogelijke richtingen en vervolgens analyseren hoe de statistische eigenschappen van het ingangslicht worden beïnvloed door minuscule defecten in de atomaire laag.

De methode bood wetenschappers niet alleen een eenvoudige en robuuste manier om structurele eigenschappen van 2D-materialen te beoordelen, maar ook nieuwe middelen om de complexe eigenschappen van optische straling op subgolflengteschalen te beheersen.

De bevinding van het team dat de methode superieur is aan conventionele methoden, is van groot belang voor de natuurkundige gemeenschap. Verder dan dat, het kan leiden tot andere vorderingen.

Grafeen en andere tweedimensionale materialen hebben eigenschappen die onderzoekers proberen te benutten voor gebruik in beeldschermen, batterijen, condensatoren, zonnecellen en meer. Maar hun effectiviteit kan worden beperkt door onzuiverheden en het vinden van die defecten vereist geavanceerde microscopietechnieken die soms onpraktisch zijn. Het onderzoek van Dogaru heeft een effectievere manier opgeleverd om die gebreken te ontdekken - een potentieel waardevolle techniek voor de industrie.

De bevinding dat een enkele laag atomen de eigenschappen van licht en andere elektromagnetische straling wijzigt, heeft gevolgen voor het beheersen van licht op subgolflengteschalen in fotonische apparaten zoals LED's en fotovoltaïsche cellen.