Hochgeschwindigkeits-Elektronenkamera entdeckt neues „Lichtverdrehungsverhalten“ in ultradünnem Material

Beim Aufnehmen von Schnappschüssen mit der Hochgeschwindigkeits-Elektronenkamera im SLAC National Acceleratory Laboratory des Energieministeriums entdeckten Forscher ein neues Verhalten in einem ultradünnen Material, das einen vielversprechenden Ansatz zur Manipulation von Licht bietet, der für Geräte nützlich sein wird, die Licht erkennen, steuern oder emittieren (zusammengefasst als optoelektronische Geräte), und die untersuchen, wie Licht innerhalb eines Materials polarisiert wird. Optoelektronische Geräte werden in vielen Technologien verwendet, die unser tägliches Leben berühren, darunter Leuchtdioden (LEDs), Glasfasern und medizinische Bildgebung.

Als gemeldet In Nano-BuchstabenDas Team unter der Leitung von SLAC und Stanford-Professor Aaron Lindenberg fand heraus, dass ein ultradünner Film aus Wolframditellurid, der über wünschenswerte Eigenschaften für die Polarisation von Licht in optischen Geräten verfügt, das einfallende Licht zirkular polarisiert, wenn er in eine bestimmte Richtung ausgerichtet und einer linearen Terahertz-Strahlung ausgesetzt wird.

Terahertz-Strahlung liegt zwischen dem Mikrowellen- und dem Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums und ermöglicht neuartige Möglichkeiten zur Charakterisierung und Kontrolle der Eigenschaften von Materialien. Wissenschaftler möchten einen Weg finden, dieses Licht für die Entwicklung zukünftiger optoelektronischer Geräte zu nutzen.

Um das Verhalten eines Materials unter Terahertz-Licht zu erfassen, ist ein hochentwickeltes Instrument erforderlich, das die Wechselwirkungen bei ultraschnellen Geschwindigkeiten aufzeichnen kann. Genau dies kann das weltweit führende Instrument für ultraschnelle Elektronenbeugung (MeV-UED) des SLAC an der Linac Coherent Light Source (LCLS).

Während das MeV-UED normalerweise verwendet wird, um die Bewegung von Atomen zu visualisieren, indem gemessen wird, wie sie Elektronen streuen, nachdem sie mit einem Elektronenstrahl auf eine Probe getroffen wurden, wurden in dieser neuen Arbeit die Femtosekunden-Elektronenpulse verwendet, um die elektrischen und magnetischen Felder der eingehenden Terahertz-Pulse zu visualisieren, die die Elektronen hin und her wackeln ließen. In der Studie wurde die zirkulare Polarisation durch Bilder der Elektronen angezeigt, die ein kreisförmiges Muster statt einer geraden Linie zeigten

Das ultradünne Material war nur 50 Nanometer dick. „Das ist 1.000 bis 10.000 Mal dünner als das, was wir normalerweise brauchen, um diese Art von Reaktion hervorzurufen“, sagte Lindenberg.

Forscher sind begeistert von der Verwendung dieser ultradünnen Materialien, die als zweidimensionale (2D) Materialien bezeichnet werden, um optoelektronische Geräte kleiner und funktionsreicher zu machen. Sie stellen sich vor, Geräte aus Schichten von 2D-Strukturen zu schaffen, wie man Legosteine ​​stapelt, sagte Lindenberg. Jede 2D-Struktur würde aus einem anderen Material bestehen, das präzise ausgerichtet wäre, um eine bestimmte Art optischer Reaktion zu erzeugen. Diese verschiedenen Strukturen und Funktionalitäten können zu kompakten Geräten kombiniert werden, die potenzielle Anwendungen finden könnten – beispielsweise in der medizinischen Bildgebung oder anderen Arten von optoelektronischen Geräten.

„Diese Arbeit stellt ein weiteres Element in unserem Werkzeugkasten zur Manipulation von Terahertz-Lichtfeldern dar, was wiederum neue Wege zur interessanten Steuerung von Materialien und Geräten ermöglichen könnte“, sagte Lindenberg.