De holtes van Mei kunnen het licht in de lucht regelen

Resonante optische verschijnselen in metalen en isolatoren hebben diepgaande toepassingen op vele gebieden. Opsluiting op nanoschaal maakt ongekende controle mogelijk over de interactie van fotonische materie op oppervlakken en interfaces, en manipulatie en controle van de lichtstroom. Resonante verschijnselen worden meestal geassocieerd met stralings- en interne verlieskanalen, die in veel systemen schadelijk zijn. Metalen vertonen sterke intrinsieke verliezen. Diëlektrische systemen zijn dus recentelijk in het middelpunt van de belangstelling komen te staan, omdat ze lagere verliezen beloven, een hogere mate van flexibiliteit in termen van afstemming van de interactie tussen verschillende resonanties, en fabricagestrategieën die dichter bij industriële normen liggen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Licht: wetenschap en toepassingenEen team van wetenschappers onder leiding van professoren Harald Giessen en Mario Hentschel van de Universiteit van Stuttgart en professor Yuri Kevchar van de Australian National University heeft een nieuwe techniek ontwikkeld voor diëlektrische nanofotonica. Hun paper, “Dielectric Mi-Voids: Confining Light to Air” zal antenne- en structuurontwerpen aanzienlijk verbeteren.

De fotorespons van deze systemen is voornamelijk gerelateerd aan de studie van de optische eigenschappen met een hoge index diëlektrische deeltjes in nanofotonensystemen. Ze staan ​​bekend als de Mie-theorie, wat universele bouwstenen zijn voor fotonische metasurfaces. Mi-theorie wordt gebruikt om te manipuleren, te sturen en beperking van straling, waarmee het “Mi Tronic” -tijdperk begon. Opsluiting komt echter voor binnen materialen met een hogere index. De meeste intensiteit van de media ligt in het materiaal. Hoewel dit minder belangrijk is in het nabije en midden-infrarode golflengtebereik, wordt het cruciaal voor golflengten in het zichtbare of zelfs ultraviolette spectrale bereik.

De onderzoekers passen experimenteel een elegante en robuuste alternatieve route toe met materialen met een hoge index. Opsluiting in isolatoren met een hoge index treedt op als gevolg van beperkte reflectie op het grensvlak van materialen met een hoge index en lucht. tot vaste deeltjes, wordt de modus vertaald in artikelen met een hoge index. Hoewel het basisconcept eerder werd gevonden, zijn deze structuren niet geïmplementeerd voor nanofotonische toepassingen.

De onderzoekers laten zien dat deze ruimtelijke patronen worden voorspeld door de Mie-theorie en sterk lijken op de Mie-patronen in een bol met een hoge index. Ze vertoonden echter subtiele maar belangrijke verschillen. De nieuwigheid van dit werk is de experimentele implementatie van een nieuwe bouwsteen, die al nieuwe functionaliteit aan het veld toevoegt. De onderzoekers demonstreerden resonantie te beperken tot ultraviolet licht, waarbij ze tot zeven resonantiemodi van hogere orde in het ultraviolette licht observeerden. Deze opmerkelijke functie wordt mogelijk gemaakt door licht in de lucht te vangen, waardoor het volledige modelvolume beschikbaar is voor gebruik en manipulatie. Tot op heden kan geen enkele andere resonerende nanofotonische bouwsteen deze taak uitvoeren.

aanvullend experimenteel werk In deze richting kunnen andere materialen met een hoge index, combinaties van Mie-domeinen en holtes, en metalen plasmonische systemen met diëlektrische systemen worden gebruikt. Mie-blanco’s zijn ook bijzonder geschikt voor optische detectie- en blokkade-experimenten en kunnen profiteren van chirale structuren. Mi-holtes kunnen ook worden gebruikt in hybride systemen waar kwantumemitters zijn gekoppeld aan Mi-holtes, die fungeren als lokale nanoantennes. Het zou vooral goed moeten presteren in het blauwe en ultraviolette bereik. Mie vides zijn ook veelbelovend voor herprogrammeerbare, uitwisselbare structuren en actieve manipulatie vanwege de mogelijkheid om het positievolume in de vide te vullen met polymeren of isolatiematerialen.