Søk blir tilgjengelig når de første sakene publiseres.
Et nytt designprinsipp bruker symmetri og Brillouin-sonefolding til å styre flere optiske resonanser i én nanostruktur. I eksperimenter kunne forskerne justere Q-faktoren fra rundt 300 til 20 000 og separasjonen mellom resonanser fra 0 til 70 nanometer.
Metasurfaces er flate optiske strukturer bygget av elementer som er mindre enn bølgelengden til lyset de påvirker. Ved å forme og organisere disse elementene kan forskere styre hvordan lys reflekteres, sendes gjennom eller konsentreres.
En viktig egenskap er hvor lenge en optisk resonans kan holde på energien før den lekker ut. Dette beskrives med Q-faktoren: jo høyere Q, desto skarpere og mer langlivet er resonansen. Slike resonanser kan forsterke samspillet mellom lys og materiale, noe som er interessant for blant annet sensorer, filtre og andre fotoniske komponenter.
I en fagfellevurdert studie i Nature Communications presenterer forskere nå et rammeverk for å lage flere slike resonanser i den samme metasurfacen og kontrollere dem gjennom strukturens symmetri.
Forskerne arbeidet med såkalte tetramer-metasurfaces, der fire strukturelle elementer danner en gjentakende enhet. Utgangspunktet er guidede lysmoduser som normalt befinner seg under den såkalte lyskjeglen og derfor ikke kobler seg direkte til stråling utenfor strukturen.
Ved å bruke Brillouin-sonefolding kan disse modusene flyttes til andre punkter i strukturens effektive båndstruktur. Deretter kan forskerne velge hvilke symmetrier som beholdes og hvilke som brytes. På den måten kan modusene bli til guidede resonanser eller såkalte bound states in the continuum, optiske tilstander som i idealiserte forhold kan være beskyttet mot strålingstap.
Poenget er ikke bare å skape én skarp resonans. Symmetrien gir et systematisk håndtak på flere egenskaper samtidig, blant annet hvordan degenererte moduser splittes, hvordan de elektromagnetiske feltene fordeler seg og hvordan Q-faktoren endres når strukturen gjøres mer asymmetrisk.
Forskerne fremstilte metasurfaces og målte to typer høy-Q-resonanser eksperimentelt. Ved å endre asymmetrien i strukturene kunne de justere separasjonen mellom resonansene fra 0 til 70 nanometer. Samtidig ble målte Q-faktorer regulert fra omtrent 300 til 20 000.
Studien viser også at en rektangulær gittergeometri kan brukes som en annen måte å styre både resonanssplitting og Q-faktor på. Det gir flere designparametere enn om hver resonans måtte konstrueres som et separat optisk element.
Q-faktor på 20 000 er den eksperimentelt rapporterte øvre verdien i disse målingene. Studien diskuterer ultrahøye Q-resonanser og bound states in the continuum som del av designrammeverket, men resultatet bør ikke tolkes som at en tapsfri eller vilkårlig høy Q-faktor er demonstrert i en fysisk komponent.
Arbeidet er først og fremst et nytt prinsipp for hvordan resonanser kan organiseres. I stedet for å behandle hver ønsket optiske respons isolert bruker forskerne symmetrien til hele supergitteret til å bestemme hvilke moduser som blir tilgjengelige og hvordan de oppfører seg.
Det kan være nyttig i systemer som trenger flere smale optiske responser i samme lille flate, for eksempel flerkanals sensorer eller spektrale komponenter. Høy Q kan også øke lys–materie-interaksjonen og dermed gjøre små endringer i omgivelsene lettere å registrere.
Men studien demonstrerer et forskningssystem, ikke et ferdig produkt. Praktisk bruk vil avhenge av blant annet produksjonstoleranser, tap, stabilitet og hvor godt de ønskede resonansene kan opprettholdes når designet integreres i større fotoniske systemer.
Resultatet viser likevel at symmetri kan fungere som mer enn en geometrisk beskrivelse. Den kan brukes som et aktivt designverktøy for å plassere og forme flere optiske resonanser i samme nanostruktur.
FORTSETT Å UTFORSKE
Målinger på et elektrondopet kobberoksid knytter superledning direkte til antiferromagnetiske spinnfluktuasjoner. Resultatet løser en viktig del av gåten, men ikke mekanismen bak de høyeste overgangstemperaturene.
Et nytt kvasi-fast elektrolyttdesign kombinerer zeolitt med isolerte jernatomer for å styre både jodreaksjoner og sinkavsetning. Laboratorieceller beholdt kapasitet etter 6 800 sykluser, mens poseceller viste teknologien i større format.
Forskere har demonstrert enkeltqubit-porter ned mot 6,8 nanosekunder med fidelity over 99,98 prosent og lekkasje under to feil per 100 000 operasjoner. Nøkkelen er å undertrykke flerfotonoverganger som blir viktige når qubiten drives hardt.