Una cámara electrónica de alta velocidad descubre un nuevo comportamiento de «distorsión de la luz» en material ultrafino

Al tomar fotografías con la cámara electrónica de alta velocidad del Laboratorio Nacional de Aceleración SLAC del Departamento de Energía, los investigadores han descubierto un nuevo comportamiento en un material ultrafino que ofrece un enfoque prometedor para manipular la luz que será útil para dispositivos que detectan, controlan o emitir luz, conocidos colectivamente como dispositivos optoelectrónicos, e investigar cómo se polariza la luz dentro de un material. Los dispositivos optoelectrónicos se utilizan en muchas tecnologías que afectan nuestra vida diaria, incluidos los diodos emisores de luz (LED), la fibra óptica y las imágenes médicas.

Como reportado en Letras de NanoEl equipo, dirigido por SLAC y el profesor de Stanford Aaron Lindenberg, descubrió que cuando se orienta en una dirección específica y se somete a radiación lineal de terahercios, una película ultrafina de ditelururo de tungsteno, que tiene propiedades deseables para polarizar la luz utilizada en dispositivos ópticos, polariza circularmente la luz incidente. luz.

La radiación de terahercios se encuentra entre las regiones de microondas e infrarrojas del espectro electromagnético y permite nuevas formas de caracterizar y controlar las propiedades de los materiales. A los científicos les gustaría descubrir una manera de aprovechar esta luz para el desarrollo de futuros dispositivos optoelectrónicos.

Capturar o comportamento de um material sob luz terahertz requer um instrumento avançado capaz de registrar as interações em velocidades ultrarrápidas, e o instrumento líder mundial do SLAC para difração de elétrons ultrarrápida (MeV-UED) na Fonte de Luz Coerente Linac (LCLS) pode fazer exactamente eso.

Si bien MeV-UED se usa típicamente para visualizar el movimiento de los átomos midiendo cómo dispersan los electrones después de golpear una muestra con un haz de electrones, este nuevo trabajo utilizó pulsos de electrones de femtosegundos para visualizar los campos eléctricos y magnéticos de los pulsos de terahercios. , lo que provocó que los electrones oscilaran hacia adelante y hacia atrás. En el estudio, la polarización circular fue indicada por imágenes de los electrones que mostraban un patrón circular en lugar de una línea recta.

El material ultrafino tenía sólo 50 nanómetros de espesor. «Eso es entre 1.000 y 10.000 veces menos de lo que normalmente necesitamos para inducir este tipo de respuesta», dijo Lindenberg.

Los investigadores están entusiasmados con el uso de estos materiales ultrafinos, conocidos como materiales bidimensionales (2D), para hacer dispositivos optoelectrónicos más pequeños y capaces de realizar más funciones. Prevén la creación de dispositivos a partir de capas de estructuras 2D, como Legos apilables, dijo Lindenberg. Cada estructura 2D estaría compuesta por un material diferente, alineado con precisión para generar un tipo específico de respuesta óptica. Estas diferentes estructuras y funcionalidades se pueden combinar en dispositivos compactos que podrían encontrar aplicaciones potenciales, por ejemplo, en imágenes médicas u otros tipos de dispositivos optoelectrónicos.

«Este trabajo representa otro elemento en nuestra caja de herramientas para manipular campos de luz de terahercios, lo que a su vez podría permitir nuevas formas de controlar materiales y dispositivos de maneras interesantes», dijo Lindenberg.