Fizičari su napravili fotonski kristal koristeći nikad-se-ne-ponavljajući 13-strani oblik poznat kao "einstein/hat" i otkrili da on proizvodi asimetričan, vetrenjačast difrakcioni obrazac. Otvori radijusa ~100 nm u silicijum-nitridnom čipu stvorili su stabilne Bragove pikove koji ukazuju na kvazikristalnu urednost. Zbog odsustva zrcalne simetrije, kristal pokazuje zavisnost od kružne polarizacije svetlosti — efekt koji obični kvazikristali ne ostvaruju.
13-Strana „Einstein/hat“ Ploška: Kristal Koji Lomi Svetlost Na Neočekivan Način
Researchers from The University of Tokyo demonstrated unique optical behavior from a long-sought aperiodic pattern. The pattern, nicknamed the 'einstein' (left) can fill a surface infinitely without repeating. | Credit: Institute of Industrial Science, The University of Tokyo
Fizičari sa Univerziteta u Tokiju napravili su fotonski kristal zasnovan na retkoj 13-stranoj ploški poznatoj kao „einstein“ ili „hat“ i otkrili da on prelama svetlost na način koji obični kristali ne mogu da emituju. Struktura, izrađena kao niz nanoskijskih otvora u tankom sloju silicijum-nitrida, proizvodi asimetričan, vetrenjačast difrakcioni obrazac koji zavisi od smera kružne polarizacije upadnog svetla.
Kako je urađeno
U radu objavljenom 29. jula u časopisu Nature Communications, tim na čelu sa Yuto Moritakeom upotrebio je elektronsku litografiju i etchiranje da bi u tankom filmu silicijum-nitrida izbušio stotine hiljada rupa radijusa ~100 nm (red veličine 500 puta tanje od ljudske dlake). Otvori su raspoređeni po pravilu 13-strane „hat“ ploške na čipu širine oko 0,5 mm — približno širine vrha olovke.
Neočekivani optički efekti
Kada su na gotov čip usmerili laserski snop, raspršeno svetlo formiralo je jasno definisan, kovitlajući difrakcioni obrazac. Na ekranu su se pojavljivali oštri Bragovi pikovi koji su ostajali u istim položajima bez obzira na mesto osvetljavanja — pokazatelj dugoročne uređenosti i kvazikristalne prirode uzorka.
Zbog toga što sama "hat" ploška nema zrcalnu simetriju (nije identična svom ogledalu), dobijeni difrakcioni obrazac je takođe bio asimetričan, što se u fizici naziva kiralnost. I najznačajnije: struktura je različito reagovala na levo i desno kružno polarizovano svetlo — efekat koji simetrični kvazikristali ne mogu da proizvedu.
Potencijalne primene
Moritake i kolege planiraju da primene neverovatno raspoređenu plošku za kontrolu svetlosti koja se širi unutar fotonskih čipova, a ne samo one koja se odbija od površine. Takva rešenja mogu da unaprede komponente za optičke komunikacije, senzore i elemente za optičko računarstvo, gde se informacije prenose ili obrađuju pomoću svetlosti umesto električne struje.
Napomena: Termin „einstein“ ovde je igra reči na nemačkom "ein stein" (jedan kamen) i ne odnosi se na Alberta Einsteina. Oblik koji je 2023. opisao David Smith često se naziva i "Smith hat".
Pomozite nam da budemo bolji.
