Ein internationales Team, einschließlich der Universität Kyoto, hat eine neuartige Lichtmanipulationstechnologie entwickelt, die auf Laser, Sensoren und nichtlineare Optiken angewendet werden kann.
Die Technik begrenzt nahes Infrarotlicht eng innerhalb einer periodischen Nanoscheibenstruktur. Durch das Brechen der Symmetrie des periodischen quadratischen Gitters von Silizium-Nanoscheiben hat das Team experimentell und rechnerisch seine Fähigkeit demonstriert, gebundene Zustände im Kontinuum oder BICs systematisch zu kontrollieren.
Diese Lichtverteilungszustände resultieren aus der globalen Auslöschung von Licht, das durch destruktive Interferenz von Streuwellen von Silizium-Nanoscheiben entweicht.
„In dieser Studie wurden ausgehend von einem periodischen quadratischen Gitter einer Silizium-Nanoscheibe – einem Bravais-Gitter – drei Arten von Nicht-Bravais-Gittern hergestellt, indem die Position eines zweiten Gitterpunkts im Einheitsgitter und die Größe der Scheibe variiert wurden.“ erklärt Hauptautor Shunsuke Murai.
In Bravais-Gittern, die in der Kristallographie zum Verständnis und zur Klassifizierung von Kristallstrukturen verwendet werden, waren alle Gitterpunkte äquivalent, was bedeutet, dass alle diese Punkte von der Elementarzelle überlagert werden konnten.
Nicht-Bravais-Gitter wurden durch Einführen eines zweiten nicht-äquivalenten Gitterpunkts erzeugt. Diese Proben wurden mittels Elektronenstrahllithographie und Trockenätzen hergestellt.
„Wir haben phototonische oder lichtempfindliche Nicht-Bravais-Gitter angewendet, die aus Silizium-Nanoscheiben bestehen, um Nahinfrarotlicht zu steuern“, fügt der Autor hinzu.
Durch Auswahl der geeigneten Periode dieser Gitter und des Materials der Nanoscheiben, das nicht auf Silizium beschränkt ist, kann die BIC-Steuerung jedoch über einen weiten Frequenzbereich von UV bis Millimeterwellen möglich sein.
Murai kommt zu dem Schluss: „Die Robustheit der BIC-Kontrolle über die Unvollkommenheiten bei der Herstellung dieser Gitter war ein Bonus und eine ermutigende Überraschung, da Herstellungsfehler unvermeidlich sind.“
Die Studie erscheint in Laser- und Photonik-Rezensionen.
Shunsuke Murai et al, Engineering Bound States in the Continuum at Telecom Wavelengths with Non-Bravais Lattices, Laser- und Photonik-Rezensionen (2022). DOI: 10.1002/lpor.202100661