Los físicos han encontrado una forma de controlar la longitud y la fuerza de las ondas de movimiento atómico llamadas polaritones que tienen usos potenciales prometedores, como la obtención de imágenes a escala fina y la transmisión de información en espacios reducidos. Las heteroestructuras hechas de grafeno y nitruro de boro hexagonal soportan polaritones híbridos de plasmón-fonón que se pueden sintonizar electrónicamente.

Los investigadores midieron ondas llamadas polaritones que pueden surgir cuando la luz interactúa con la materia. Combinando dos materiales, produjeron polaritones híbridos que se propagan a través de muchas capas de un material cristalino y pueden controlarse con una simple puerta eléctrica. El equipo, dirigido por Dimitri Basov y Michael Fogler, profesores de física de la Universidad de California, San Diego, informar su éxito en Nanotecnología de la naturaleza .

"Nuestro trabajo demuestra que se pueden lograr nuevas propiedades de las ondas polaritónicas combinando artificialmente diferentes materiales, "dijo Siyuan Dai, un estudiante de posgrado en el grupo de Basov responsable de gran parte del trabajo experimental, y el autor principal del informe. "Los polaritones híbridos son más fuertes y pueden propagarse por más tiempo y, por lo tanto, tienen un mayor potencial en las aplicaciones".

Este equipo colaborativo fue uno de los dos que primero demostraron polaritones en capas de carbono de un solo átomo llamadas grafeno. En grafeno, La luz infrarroja lanza ondas a través de los electrones en la superficie de este material similar al metal llamado polaritones de plasmón de superficie que los investigadores pudieron controlar usando un circuito eléctrico simple.

La luz infrarroja también puede lanzar polaritones dentro de un tipo diferente de cristal bidimensional llamado nitruro de boro hexagonal. Las ondas de movimiento atómico llamadas phonon polaritons se propagan a través de losas de hBN formadas por pilas de cristales en forma de láminas. Los grupos de investigación de Basov y Fogler han demostrado previamente que la variación del número de capas de hBN podría controlar la forma de onda de los polaritones de fonones.

Sin embargo, una vez fabricado, un dispositivo hecho de hBN confinaría polaritones de fonones a un rango estrecho y único de longitudes de onda y amplitudes.

Al cubrir una pila de hBN con una sola capa de grafeno, el equipo ha creado un nuevo material ágil con polaritones híbridos que se propagan por toda la losa cristalina pero que se pueden sintonizar con una puerta electrónica.

Los dos tipos de polaritones se acoplan, una consideración teórica determinada y evidencia experimental confirmada. Como resultado, este material hecho por humanos manipula la radiación electromagnética, la luz, de formas nunca observadas en materiales naturales. Se ajusta a la definición de metamaterial, una clase de estructuras que se realizó por primera vez en UC San Diego hace 15 años y que está comenzando a ser expuesta para un posible uso práctico.

"Nuestras estructuras están hechas del nuevo material maravilloso grafeno y su primo nitruro de boro, que los dotan de varias ventajas en comparación con los metamateriales tradicionales basados ​​en metales. Las ventajas clave incluyen un enorme grado de sintonía, pérdidas relativamente bajas, y ultrapequeño espesor, "Dijo Fogler.

"Ahora hemos demostrado una clase completamente nueva de metamateriales electromagnéticos que se fabrican a partir de planos atómicos separados de materiales de van der Waals, ", Dijo Basov." Los metamateriales electromagnéticos están revolucionando las tecnologías de imágenes y sensores. Desde la demostración inicial, estos sistemas ya han avanzado a aplicaciones prácticas ".