Badaniom przewodził Yinming Shao, który współpracował z zespołem Dmitrija Basova z Uniwersytetu Columbia. Celem tych wspólnych wysiłków było lepsze poznanie właściwości optycznych materiału półmetalicznego znanego jako ZrSiSe. W 2020 roku ci sami naukowcy wykazali, że wykazuje on pewne podobieństwa z grafenem. ZrSiSe ma jednak nad grafenem pewną przewagę: zapewnia wzmocnione korelacje elektroniczne, które są rzadkie dla tzw. półmetali Diraca.
Czytaj też: Geotermia tańsza? Wystarczy wydobywać z solanek jeden metal. Czy w Polsce to się powiedzie?
Wyniki najnowszych badań zamieszczono na łamach Science Advances, a kluczowym wnioskiem z nich płynącym jest to, że materiały kwantowe potrafią zaskoczyć nawet najtęższe umysły tego świata. O ile grafen składa się z warstwy węgla o grubości atomu, tak ZrSiSe jest trójwymiarowym metalicznym kryształem złożonym z warstw, które zachowują się odmiennie w zależności od kierunku, co jest pokłosiem zjawiska znanego jako anizotropia.
Jak wyjaśnia Shao, jedna warstwa zachowuje się jak metal, podczas gdy kolejna – jak izolator. W takiej sytuacji światło zaczyna nietypowo oddziaływać z metalem przy pewnych częstotliwościach. Nie odbija się od niego, lecz może się przez niego przemieszczać, tworząc wzór nazywany propagacją hiperboliczną.
Materiał badany przez naukowców nazywa się ZrSiSe
Taką właśnie sytuację zaobserwowano w przypadku ZrSiSe, co było następstwem mieszania się fotonów światła z oscylacjami elektronów, prowadzącego do powstania hybrydowych kwazicząstek – plazmonów. Badacze dodają, iż unikalny zakres poziomów energetycznych elektronów w ZrSiSe umożliwił zaobserwowanie plazmonów.
Plazmony mogą umożliwić spoglądanie poza granicę dyfrakcji mikroskopów optycznych. Co to oznacza w praktyce? Używając hiperbolicznych plazmonów naukowcy byliby w stanie wykryć struktury o średnicy mniejszej niż 100 nanometrów. Musieliby w tym celu użyć światła podczerwonego.
Czytaj też: Marsjańskie fabryki będą wyjątkowe. Kolejny przykład wykorzystania drukarek 3D to potwierdza
ZrSiSe powinien zapewniać szereg korzyści w kontekście badań z zakresu nanooptyki. Takich materiałów może być rzecz jasna więcej, dlatego naukowcy zamierzają też przeanalizować inne – szczególnie takie, które wykazują cechy podobne do ZrSiSe. W ich przypadku istnieje szansa, że mogłyby zapewniać jeszcze bardziej korzystne właściwości falowodowe. To z kolei stwarza szansę na powstanie zaawansowanych układów optycznych oraz skuteczniejszych podejść w nanooptyce.
