Işık Dalgalarının Altını Üstüne Getirdiler!

İspanya'dan araştırmacılar ve iş ortakları, ışığın yeniden şekillendirilmiş dalga yüzü halinde yayılım gösterdiği hiperbolik meta yüzeyin geliştirilmesi hakkında Science’da bir bildiri yayınladılar.
Daha hassas ayar ve ışığı görüntülemeyle ilgili bu bilimsel bulgu, algılayıcılar ve sinyal gönderen minyatür optik cihazlar için fazlasıyla önemlidir.
Noktasal bir kaynaktan yayılan ışık dalgaları, tipik dairesel (dışbükey) dalga yüzü oluştururlar. nanoGUNE çalışanı Peining Li ve baş yazar EU Marie Sklodowska-Curie "bu dalgalar taş atıldığında su yüzeyinde oluşan dalgalar gibidir" diyor. Bu dairesel yayılma, ışığın geçtiği ortamın homojen ve izotropik olması, diğer bir deyişle her yönde aynı olmasından kaynaklanır.
Bilim insanları teorik olarak; yapılandırılmış yüzeylerin, ışık dalgaları onlara doğru yayılırken ters çevirebileceğini öngörmüşlerdir. nanoGUNE’de doktora öğrencisi ve makalenin yazarı Javier Alfaro, bu gibi yüzeylerde, bir noktasal kaynak tarafından yollanan dalgaların sadece belli yönde ve içbükey dalgalar halinde yayıldığını açıklıyor.
Bu sıradışı dalgalar Hiperbolik Yüzey Polaritonları olarak adlandırılıyor. Çünkü bunlar sadece belli yönlerde ve vakum ortamındaki ışıktan çok daha küçük dalga boylarında yayılıyor. Dolayısıyla algılama ve sinyal işleme minyatür optik cihazlara katkı sağlayabilirler.
Araştırmacılar, şu sıralar kızılötesi ışınlar için böyle bir meta yüzey geliştirdiler. Yüzey, kızılötesi ışığı son derece küçük ölçeklerde işleyebilmesi nedeniyle seçilen grafen benzeri iki boyutlu malzeme olan bor nitrürünü baz alır. Bu, minyatürize kimyasal sensörlerde veya nano ölçekli optoelektronik ısı yönetim cihazlarında kullanılır. Araştırmacılar, özel bir optik mikroskopla doğrudan içbükey dalgaları incelediler.
Nanometre ölçeğinde son derece kesin bir yapılandırma gerektirdiği için hiperbolik meta yüzeylerin yapımı zordur. nanoGUNE’de doktora öğrencisi Irene Dolado ve yine nanoGUNE’de eski doktora sonrası araştırmacısı Saül Vélez (şimdi ETH Zürich’de), bu zorlu görevi, elektron ışını litografisi ve Kansas Devlet Üniversitesi tarafından sağlanan yüksek kalitede bor nitritin ince pullarının aşındırılması ile hallettiler.
Dolado, "Çeşitli optimizasyon adımlarından sonra, gerekli hassasiyeti elde ettik ve 25 nm'lik küçük boşluk boyutlarına sahip ızgaralı yapılar elde ettik" diyor. Saul Vélez, "Aynı imalat yöntemleri, özel yapım optik özelliklere sahip suni meta yüzey yapıları gerçekleştirmenin yolunu açabilecek diğer malzemelere de uygulanabilir" diye ekliyor.
Dalgaların meta yüzey boyunca nasıl yayıldığını görmek için araştırmacılar, nanoGUNE'deki nanoptik grup öncülüğünde geliştirilmiş en son teknoloji  kızılötesi nano görüntüleme tekniği kullandılar.
Önce meta yüzeyin üzerine kızılötesi altın nanorod yerleştirdiler. Peining Li nanorod hakkında, "Suya düşmüş bir taş rolü oynuyor" diyor. Nanorod, kızılötesi ışınları küçücük bir noktaya yoğunlaştırır ve sonra dalgalar meta yüzey boyunca yayılır.
Araştırmacılar, saçılma tipi tarama yakın-alan mikroskopu (s-SNOM) yardımıyla dalgaları imgeledi. Işlemi yönlendiren nanoGUNE'de bulunan Ikerbasque Profesörü Rainer Hillenbrand, "Görüntüleri görmek şaşırtıcıydı: Çalışmalara öncülük eden nanoGUNE'deki Rainer Hillenbrand, aslında altın nanoroddan uzaklaşan dalga yüzleri içbükey eğriliğini gösterdi" diyor.
Sonuçlar, nanoyapılı iki boyutlu malzemelerin, hiperbolik meta yüzey aygıtları ve devreleri için yeni bir platform haline geleceğini bizlere göstermekte. Ayrıca anizotropik malzemelerdeki egzotik optik fenomenini açığa çıkarmak ve yeni meta yüzey tasarım ilkelerini doğrulamak için yakın alan mikroskopisinin nasıl uygulanabileceğini konusunda önem teşkil ediyor.
Çeviri:Tuğba Kılınç

---

Referanslar
1.Phys.org, "Researchers turn light upside down"
<https://phys.org/news/2018-02-upside.html>