Normalde gelen ışığı tek yönlü SPP’lere dönüştüren bir metagridin şematik diyagramı. Metagrasyonun birim hücresi iki farklı nanoyapıdan oluşur ve uyarlanmış optik kayıpları indükler. Kredi: POBTEK
Kore’nin POBTEK’inden ve ABD’nin Northeastern Üniversitesi’nden bilim adamları, Hermitian olmayan meta-ızgaraları kullanarak ışığı başarıyla manipüle ederek optik kaybı yararlı bir araca dönüştürdüler. Özel olarak tasarlanmış meta-ızgara kuplörleri kullanarak ışık yönünü kontrol etmek için yeni bir yöntem geliştirdiler. Bu atılım, kuantum sensör araştırmalarını ilerletebilir ve hastalık teşhisi ve kirlilik tespiti gibi bir dizi yeni uygulamaya öncülük edebilir.
Işık, çok hassas ve savunmasız bir fiziksel olgudur. Işık, maddenin özelliklerine bağlı olarak bir malzemenin yüzeyinde emilebilir veya yansıtılabilir veya şeklini değiştirerek ısı enerjisine dönüştürülebilir. Işık, metalik bir malzemenin yüzeyine ulaştıktan sonra metalin içindeki elektronlara enerji kaybetme eğilimi gösterir; bu, “optik kayıp” olarak adlandırdığımız geniş bir olgu yelpazesidir.
Işığı çeşitli şekillerde kullanan çok küçük optik elemanların üretimi bir optik bileşenin boyutu ne kadar küçükse, optik kayıp o kadar büyük olur, çünkü bu çok zordur. Bununla birlikte, son yıllarda, optik kaybı tamamen farklı bir şekilde kullanan Hermitçi olmayan teori, optik araştırmalarına uygulandı. Optik kaybın bir optik sistemin kusurlu bir bileşeni olarak algılandığı genel fiziğin aksine, optik kaybı benimseyen, fenomenden yararlanmanın yollarını keşfeden Hermitçi olmayan teori benimsenerek fizikte yeni bulgular elde ediliyor. ‘Kılık değiştirmiş bir nimet’, başlangıçta bir felaket gibi görünen, ancak sonunda iyi şansla sonuçlanan şeydir. Bu araştırma öyküsü, fizikte gizlenmiş bir lütuftur.
Bir metagrasyonda ışık olayının görselleştirilmesi ve bunun tek yönlü GES’lere dönüştürülmesi. (Simülasyon) Katkı: POBTEK
Prof. POSTECH’ten Junsuk Rho (Makine Mühendisliği ve Kimya Mühendisliği Bölümleri) ve POSTECH’ten doktora adayları Heonyeong Jeong ve Seokwoo Kim (Makine Mühendisliği) ve Boston’daki Northeastern Üniversitesi’nden (NEU) Prof. Yongmin Liu ve ortak araştırma ekibi, Hermitian olmayan meta-ızgara sistemleri kullanılarak ışık ışınlarının yönü. Makale, uluslararası akademik dergi Science Advances’te yayınlandı.
Metal bir yüzeye ışık düştüğünde, metaldeki elektronlar, ışık dalgasıyla birlikte tek bir cisim olarak topluca salınır. Bu fenomene yüzey plazmon polariton veya SPP denir. Bir “ızgara kuplörü”, YPP’lerin yönlerini kontrol etmek için yardımcı bir cihaz olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Cihazın verimliliği, dik açılı gelen ışığı istenmeyen yönlerdeki YPP’lere dönüştürmesi nedeniyle sınırlıdır.
Sağa doğru yayılan SPP ile SPP arasındaki girişim modelinin gözlemlenmesi metagrasyon tarafından yansıtılır. Metalamanın tek yönlü olması nedeniyle, SPP metagrid üzerinden ters yönde iletmez. Kredi: POBTEK
Araştırma ekibi, dezavantajın üstesinden gelmek için Hermitçi olmayan teoriyi uyguladı. Başlamak için ekip, yakınında belirli bir optik kaybın meydana geldiği teorik istisnai noktayı hesapladı. Ardından, özel olarak tasarlanmış Hermitian olmayan meta-ızgara kuplörlerini kullanarak deneyler yaparak etkinliğini doğruladılar. Meta ızgara kuplörü, diğer ızgara kuplörleri ile neredeyse imkansız olan SSP’lerin tek yönlü kontrolünü sağlamada etkili olduğunu kanıtladı. Ayrıca meta-ızgaraların boyutunu ve mesafesini kontrol ederek ışık ve SPP’nin zıt yönlerde yayılmasını sağlayabilirler. Araştırma ekibi, aynı meta-ızgara cihazını kullanarak gelen ışığın SSP’lere tekrar normal ışığa dönüşmesini sağlamayı başardı.
Araştırma bulguları, çeşitli alanlarda kuantum sensörü araştırmalarında yararlı olabilir. hastalık teşhisi için antijenler veya atmosferdeki zararlı gazlar, mühendislikle birleştiğinde çok çeşitli uygulamalara kapı açabilir. Ekibe liderlik eden Prof. Junsuk Rho, “Bu araştırma, Hermitian olmayan optiği nano ölçekli bölgeye getirdi. Mükemmel yön kontrol edilebilirliği ve performansına sahip olan geleceğin plazmonik cihazlarının geliştirilmesine katkıda bulunacaktır.”
Referans: “Hermitian olmayan metagrasyonlarla istisnai bir noktada hafif taşınımın alt dalga boyu kontrolü”, Yihao Xu, Lin Li, Heonyeong Jeong, Seokwoo Kim, Inki Kim, Junsuk Rho ve Yongmin Liu, 12 Mayıs 2023, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adf3510
Araştırma, ABD Ulusal Bilim Vakfı, Samsung Bilim ve Teknoloji Vakfı ve Kore Ulusal Araştırma Vakfı.