Используя сверхбыстрый просвечивающий электронный микроскоп, исследователи из Израильского технологического института Техниона впервые зарегистрировали распространение комбинированных звуковых и световых волн в атомарно тонких материалах.
Эксперименты проводились в Лаборатории квантовой динамики электронного пучка Роберта и Рут Магид, возглавляемой профессором Идо Каминером, с факультета электротехники и вычислительной техники Эндрю и Эрны Витерби и Института твердого тела.
Однослойные материалы, также известные как 2D-материалы, сами по себе являются новыми материалами, твердыми телами, состоящими из одного слоя атомов. Графен, первый обнаруженный 2D-материал, был впервые изолирован в 2004 году, за что в 2010 году была присуждена Нобелевская премия. Теперь ученые Техниона впервые показывают, как импульсы света движутся внутри этих материалов. Их результаты «Пространственно-временное изображение динамики 2D-поляритонных волновых пакетов с использованием свободных электронов» были опубликованы в журнале Science .
Свет движется в космосе со скоростью 300 000 км/с. Двигаясь по воде или по стеклу, он немного замедляется. Но при прохождении через некоторые твердые тела, состоящие из нескольких слоев, свет замедляется почти в тысячу раз. Это происходит потому, что свет заставляет атомы этих специальных материалов вибрировать, создавая звуковые волны (также называемые фононами), и эти атомные звуковые волны создают свет, когда они вибрируют. Таким образом, импульс на самом деле представляет собой тесно связанную комбинацию звука и света, называемую «фонон-поляритон». Загорелся, материал «поет».
Ученые излучали световые импульсы вдоль края двухмерного материала, создавая в нем гибридные звуковые и световые волны. Они не только смогли записать эти волны, но также обнаружили, что импульсы могут самопроизвольно ускоряться и замедляться. Удивительно, но волны даже разделились на два отдельных импульса, движущихся с разной скоростью.
Эксперимент проводился с использованием сверхбыстрого просвечивающего электронного микроскопа (UTEM). В отличие от оптических микроскопов и сканирующих электронных микроскопов, здесь частицы проходят через образец, а затем принимаются детектором. Этот процесс позволил исследователям отслеживать световые и звуковые волны с беспрецедентным разрешением как в пространстве, так и во времени. Временное разрешение составляет 50 фемтосекунд — 50X10-15 секунд — количество кадров в секунду аналогично количеству секунд в миллионе лет.
Источник — 1nsk.ru.