Команда ученых из Университета Штутгарта и Итальянского технологического института работала с двумерным материалом — оксидом дихлорида молибдена (MoOCl₂). Это кристалл, оптические свойства которого сильно различаются вдоль разных осей. По одному направлению он ведет себя как металл, поддерживая поверхностные плазмоны — коллективные колебания электронов, способные переносить электромагнитную энергию. А вдоль перпендикулярной оси — как диэлектрик, почти не пропускающий плазмоны. Эта анизотропия создает естественный канал, в котором свет вынужден двигаться только в одном направлении — явление, названное «плазмонной канализацией».
Когда антенна на поверхности кристалла возбуждается инфракрасным лазером, она генерирует плазмоны, которые распространяются по поверхности. Из-за анизотропии MoOCl₂ они сжимаются в узкую полосу — как вода, текущая по каналу. Используя ближнепольную оптическую микроскопию, исследователи визуализировали это распределение, пишет Scitech Daily.
Оказалось также, что направленность и форма распространения света сильно зависят от длины волны инфракрасного излучения. При длине волны около 4 мкм наблюдалась сильно направленная канализация. При увеличении до 5 мкм волна превращалась в обычную круговую рябь. При 3 мкм она принимала открытую гиперболическую форму. Меняя всего лишь длину волны, исследователи могли переключать свет от кругового распространения к канализированному и обратно.
Открытие позволяет упростить создание оптических межсоединений внутри чипов и снизить их стоимость. Также оно открывает путь к новым конструкциям нанофотонных цепей и квантовых устройств, где направленное распространение света критически важно.
Теперь команда планирует изучить другие анизотропные материалы и возможность управления канализацией с помощью внешних полей.
Ученые из США опровергли давнее правило в оптике «одно устройство — одна функция». В прошлом году они создали первый в мире программируемый нелинейный фотонный волновод — устройство на одном чипе, способное переключаться между несколькими оптическими функциями.
