Un equipo internacional ha informado en Naturaleza la primera observación de polaritones fantasma, que son una nueva forma de ondas superficiales que transportan luz a nanoescala fuertemente acoplada con oscilaciones de materiales y que presentan propiedades de propagación altamente colimadas. El equipo de investigación observó estos fenómenos sobre un material común, la calcita, y mostró cómo los polaritones fantasma pueden facilitar un control superior de la nano-luz infrarroja para la detección, procesamiento de la señal, recolección de energía y otras tecnologías.

En años recientes, nanofotónica en frecuencias de infrarrojos y terahercios se ha vuelto importante para las personas altamente sensibles, tecnologías ultracompactas y de bajas pérdidas para el diagnóstico bio-molecular y químico, sensores, comunicaciones y otras aplicaciones. Las plataformas de nanomateriales que pueden facilitar interacciones mejoradas entre la luz y la materia en estas frecuencias se han vuelto esenciales para estas tecnologías. En trabajos recientes se han utilizado materiales de van der Waals de baja dimensión, como el grafeno, nitruro de boro hexagonal y trióxido de molibdeno en fase alfa (α-MoO3, Naturaleza 2018), debido a su respuesta altamente exótica a la luz confinada en la nanoescala. Sin embargo, Estos nanomateriales emergentes requieren técnicas de nanofabricación exigentes, obstaculizar las tecnologías nanofotónicas a gran escala.

Escribiendo en Naturaleza el 18 de agosto de 2021, un equipo internacional altamente colaborativo dirigido por científicos del Centro de Investigación Científica Avanzada de la Universidad de la Ciudad de Nueva York en el Centro de Graduados, Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong (HUST), La Universidad Nacional de Singapur (NUS) y el Centro Nacional de Nanociencia y Tecnología (NCNST) han informado que la calcita, un cristal a granel muy conocido que se usa comúnmente en otras tecnologías, puede soportar naturalmente polaritones fantasma.

El equipo exploró las interacciones de la luz con la calcita y encontró respuestas de polaritón de fonón infrarrojo inesperadas. Demostraron que la calcita, que se puede pulir fácilmente, puede soportar ondas superficiales de polariton fantasma que presentan complejas, Momento fuera del plano totalmente diferente de cualquier polaritón superficial observado hasta la fecha.

"La polaritónica es la ciencia y la tecnología de aprovechar las interacciones fuertes de la luz con la materia, y ha revolucionado las ciencias ópticas en los últimos años, "dijo Andrea Alù, Profesor Einstein de Física en el Centro de Graduados y Director Fundador de la Iniciativa Fotónica en el Centro de Investigación Científica Avanzada en el Centro de Graduados de CUNY. "Nuestro descubrimiento es el último ejemplo de la ciencia apasionante y la física sorprendente que pueden surgir de la exploración de polaritones en materiales convencionales como la calcita".

"Utilizamos microscopía óptica de campo cercano de barrido de tipo dispersión (s-SNOM) para sondear estos polaritones fantasma, "dijo el primer autor Weiliang Ma, un doctorado candidato en HUST. "Emocionantemente, Hemos mostrado una propagación de nano-luz similar a un rayo de hasta 20 micrómetros, un récord de larga distancia para las ondas de polaritón a temperatura ambiente ".

"Estamos encantados de encontrar una nueva solución de las ecuaciones de Maxwell con características complejas, impulso fuera del plano. Y aún más emocionante, hemos podido observarlo en un cristal muy común ", dice Guangwei Hu, co-primer autor, Becario postdoctoral de la NUS y visitante de larga duración en CUNY.

"Este tipo de polaritones se puede sintonizar a través de su eje óptico, introduciendo una nueva forma de manipulación de polaritones, dijo Cheng-Wei Qiu, Profesor de la cátedra decana en NUS. "Creemos que nuestros hallazgos estimularán la exploración de varios cristales ópticos para la manipulación de luz a nanoescala".

Los profesores Debo Hu y Qing Dai de NCNS y Runkun Chen, Doctor. y el profesor Xinliang Zhang de HUST también han contribuido significativamente a este trabajo.