En forskargrupp ledd av professor Shuang Zhang från universitetet i Hongkong (HKU) och professor Qing Dai från National Center for Nanoscience and Technology i Kina har presenterat en lösning på ett vanligt problem inom nanofotonik – studien av ljus på en mycket liten skala.
Deras resultat, nyligen publicerade i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Nature Materials, föreslår en syntetisk metod som använder komplexa frekvensvågor (CFW) för att ta itu med problemet med ljusförluster i polaritonpropagation. Dessa fynd erbjuder praktiska lösningar, som mer effektiva ljusbaserade enheter som möjliggör snabbare och mer kompakt datalagring och bearbetning i datorsystem och dataförvaringsenheter, samt förbättrad noggrannhet i sensorer, avbildningsteknik och säkerhetssystem.
Polariton- och polariton-fononmolekyler erbjuder fördelar som effektiv energilagring, ökad lokal fältstyrka och hög känslighet, vilket kommer från deras förmåga att begränsa ljuset på en liten skala. Men deras praktiska tillämpningar har hindrats av ohmiska förluster som orsakas av energispridning när de interagerar med naturliga material.
Under de senaste tre decennierna har denna begränsning hindrat framsteg inom nanofotonik för sensorer, superupplösningsavbildning och nanofotoniska kretsar. Att övervinna ohmiska förluster skulle avsevärt förbättra effektiviteten hos enheter, möjliggöra utvecklingen av sensorteknologier, högupplöst avbildning och avancerade nanofotoniska kretsar.
Professor Shuang Zhang, korresponderande författare till artikeln, förklarade forskningsmålet och sa: ”För att ta itu med utmaningen med optiska förluster inom viktiga tillämpningar har vi presenterat en praktisk lösning. Genom att använda ett innovativt tillvägagångssätt med komplex vågstimulering uppnår vi virtuell förstärkning och kompensation av de inbyggda förlusterna i polaritonsystemet. För att verifiera denna metod tillämpade vi den på det propagerande systemet för polariton-fononer och observerade en betydande förbättring av polaritonpropagationen.”
”I våra experiment utnyttjade vi polaritoniska material, som hBN och MoO3, inom det optiska frekvensområdet. Vi fick en nästan förlustfri propageringsavstånd som var i överensstämmelse med våra teoretiska förutsägelser,” tillade Dr. Fuxin Guan, försteförfattare till artikeln och postdoktor vid HKU:s fysikavdelning.
I detta arbete utvecklade teamet en innovativ multi-frekvensmetod för att adressera förlust av energi vid polaritonpropagation. De använde en speciell typ av våg som kallas ”komplexa frekvensvågor” för att uppnå virtuell förstärkning och kompensation av förluster i det optiska systemet. Medan en vanlig våg behåller en konstant amplitud eller intensitet över tiden, uppvisar en komplex frekvensvåg både oscillation och förstärkning samtidigt. Denna egenskap möjliggör en mer omfattande representation av vågbeteende och gör det möjligt att kompensera energiförluster.
Likt matlagning, när man behöver en specifik ingrediens som är svår att hitta, använde forskarna ett liknande koncept. De brydde ned de komplexa frekvensvågorna till enklare komponenter, precis som man använder ersättningsingredienser i ett recept. Varje komponent representerade en annan aspekt av vågen. Det är som att skapa en läcker rätt genom att använda ersättningsprodukter för att uppnå den önskade smaken. Genom att mäta dessa komponenter vid olika frekvenser och kombinera datan rekonstruerade de beteendet hos ett system som belyses av en komplex frekvensvåg. Detta underlättade förståelse och kompensation för energiförluster. Denna metod förenklar avsevärt den praktiska implementeringen av CFW i olika tillämpningar, inklusive polaritonpropagation och superupplösningsavbildning. Genom att utföra optiska mätningar vid olika verkliga frekvenser med ett definierat intervall blir det möjligt att konstruera systemets optiska respons vid en komplex frekvens. Detta uppnås genom att matematiskt kombinera de erhållna optiska responserna vid olika verkliga frekvenser.
Professor Qing Dai från National Center for Nanoscience and Technology, den andra korresponderande författaren till artikeln, hävdade att detta arbete ger en praktisk lösning på ett långvarigt problem med optiska förluster inom nanofotonik. Han betonade betydelsen av den komplexa frekvensmetoden och sa att den enkelt kan användas inom olika andra tillämpningar, såsom molekylanalys och integrerade nanofotoniska kretsar. Han poängterade också att ”denna metod är extraordinär och universell, eftersom den också kan användas för att eliminera förluster i andra vågsystem, inklusive ljudvågor, elastiska vågor och kvantvågor, vilket höjer bildkvaliteten till oöverträffade nivåer.”
Vanliga frågor (FAQ)
The source of the article is from the blog anexartiti.gr