Bilim dünyası, insan saçından 2.000 kat daha ince, sadece 42 nanometre kalınlığındaki özel tasarlanmış atomik bir kafeste kızılötesi ışık ışınlarını başarıyla hapsetti. Bu çığır açıcı gelişme, teknolojik bileşenlerin giderek küçüldüğü ve hassaslaştığı günümüzde, ışık tabanlı elektronik teknolojileri için önemli kapılar aralıyor.
Bu dikkat çekici başarı, özellikle görünür ışıktan daha uzun dalga boylarına sahip olan kızılötesi ışıkların incelenmesinde de önemli bir ilerleme anlamına geliyor. Kızılötesi ışığı böylesine minik alanlarda hapsetmek, fiziksel sınırları zorlayan bir meydan okuma.
Araştırmacılar, "Sunulan sonuçlar, lazerleme, dalga cephesi kontrolü ve ışığın daha yüksek dereceli topolojik durumları için düz, ultra kompakt cihazların gerçekleştirilmesi açısından umut vadediyor" ifadelerini kullanıyor.
Bu deneyin kilit noktası, ışığı yerinde tutan kafes yapısında kullanılan malzemedir. Bu malzeme, molibden ve selenyum atomlarının katmanlarından oluşarak ultra ince bir molibden diselenid (MoSe2) yapısı oluşturuyor. Bu özel kimyasal yapı, kafesin kırılma indeksini, yani ışığı bükme ve yavaşlatma yeteneğini en üst düzeye çıkararak ışığın yakalanmasına zemin hazırlıyor.
MoSe2'nin yüksek kırılma indeksine sahip olduğu uzun zamandır bilinse de, bu malzemenin en küçük ölçeklerde güvenilir bir şekilde üretilmesi daha önce sorun teşkil ediyordu. Yeni çalışmada araştırmacılar, MoSe2 tabakalarını oluşturmak için moleküler ışın epitaksisi (MBE) adı verilen atomik bir 'baskı' yöntemi kullandılar. Tabakaları büyütmenin yanı sıra, araştırmacılar bu tabakalara kızılötesi ışığın dalga boyundan daha küçük boşluklara sahip mikroskobik çizgiler oyarak fotonları yerinde tutmaya hazır hale getirdiler.
Bu işlemin işe yaraması için bir fiziksel hile daha gerekiyordu: "sürekli içindeki bağlı durum" (BIC) adı verilen bir olgu. Bu, bu durumda, ışık dalgalarının, uzaktaki diğer dalgalarla bir arada bulunmasına rağmen bir malzeme içinde hapsedildiği bir fenomendir. Bir BIC oluşturmak için malzemenin hassas bir şekilde tasarlanması ve yapılandırılması gerekir. Araştırmacılar, MoSe2 kafesini oluşturmadan önce dikkatlice modelleyerek bu gereksinimi karşıladılar.
Bu karmaşık fiziğin bazı potansiyel gerçek dünya uygulamaları bulunuyor. Bilim insanları, fotonların elektronların ve elektriğin yerini alacağı ve işlem hızlarını önemli ölçüde artırırken bileşen boyutlarını azaltabilecek optik bilişim fikrini araştırmaya devam ediyor. Optik bilişimin uygulanabilir hale gelmesi için daha pek çok engel aşılması gerekse de, burada detaylandırılan gösterimler, ışığı gerekli hassasiyetle ve en küçük ölçeklerde hapsetmenin ve manipüle etmenin mümkün olabileceğini gösteriyor.
Bu özel malzeme ve ışık tuzağı açısından, güvenilir bir şekilde yaygın kullanıma sunulmadan önce daha fazla çalışmaya ihtiyaç var. Ekibin geliştirdiği tabaka büyütme süreci kusursuz değildi, bu nedenle malzemedeki tutarsızlıkları gidermek için ipek mendillerle parlatıldı. Ancak araştırmacılar, yaklaşımlarının daha da geliştirilebileceğinden ve hatta başka alanlara genişletilebileceğinden eminler.
MoSe2, geçiş metali dikalkojenitler (TMD'ler) olarak bilinen daha büyük bir süper ince malzeme ailesine aittir ve TMD'lerin daha güvenilir bir şekilde üretilip manipüle edilmesi için yeni yollar bulunacağı umuluyor. Bu, bugünkü cihazlardan daha küçük ve daha hızlı, kısmen ışığı inanılmaz derecede küçük alanlarda hapsetmek suretiyle inşa edilmiş aygıtların önünü açacaktır.
Araştırmacılar, "MoSe2'nin işlenmesinin kolaylığı ve basitliği, TMD katmanlarına dayanan 2D metasurface'ler gibi fotonik yapılar için başka tasarımların da uygulanabilir olduğunu teyit ediyor" diyor.
