_{Rainer Hillenbrand eta Martin Schnell esperimentua egin duten nanoGUNEko laborategian.}

Solidoak dira material hiperbolikoak, eta metala balira bezala jarduten dira noranzko batean; bestean, berriz, isolatzaileak balira bezala. Orain arte, honetarako erabili izan dira material horiek: uhin-luzera oso baxuan irudiak proiektatzeko eta argia eskala nanometrikoan kontrolatzeko aukera ematen duten nanoegitura konplexuak eraikitzeko. Alabaina, material mota berri horien ahal guztia erauzteko, haien barruan argiak zer portaera duen aztertu eta ulertu egin behar da.

"Material hiperboliko baten barruan argiak duen uhin-luzera izugarriki laburra, horra esperimentuen zailtasun nagusia", azaldu du Rainer Hillenbrand Ikerbasque ikertzaileak, nanoGUNEko Nanooptika taldeko buruak. "Argia material horren barruan dagoenean —kasu honetan, boro nitruroaren barruan—, polaritoia deritzo higitzen den zera horri, non materialaren berezko bibrazioei egokitzen zaien argia".

Bi ahoko ezpata baten antzera jarduten dira polaritoiak. Alde batetik, oso bolumen txikietara konprimatzen dute argia. Argia eremu oso txikietan manipulatu behar den aplikazio ugaritarako balio du horrek; besteak beste, banakako molekulak detektatu eta identifikatzeko. Bestetik, teknika bereziak behar dira argiaren jarduera behatzeko bolumen hain txikian.

Espazioa eta denbora

Hona zer dioen Martin Schnellekin batera nanoGUNEn esperimentuak egin zituen Edward Yoxallek: "Polaritoi baten uhin-luzera hain txikia izaki, ezin dira erabili optika-ekipo 'konbentzionalak' (lenteak, kamerak, etab.) irudiak jasotzeko. Infragorrizko mikroskopio estandar batek baino xehetasun 1.000 aldiz txikiagoak ikusteko ahalmena duen mikroskopio berezi bat erabili behar da". Hamar nanometro besterik ez duten "objektuak" ikusten ditu mikroskopio horrek.

"Baina ez da espazio-bereizmena polaritoien jarraipena eginkizun konplikatu bihurtzen duen zera bakarra", dio Yoxallek. "Polaritoi bat nola higitzen den ikusi nahi bada, espazioan eta denboran aztertu behar da. Honela egin daiteke hori: argi-distira edo -pultsu oso laburrak igorriz, 100 femtosegundo besterik irauten ez dutenak, alegia (segundo baten milioiren baten milioiren bat baino laburragoak)". Distira horiek eta eremu hurbileko mikroskopio bat erabiliz, boro nitruroan barrena hainbat lekutatik igaroz ikus ditzakete polaritoiak ikertzaileek, eta haien abiadura neurtu.

Esperimentu horretan espazioari eta denborari buruz jasotako informazioaz baliatuta, polaritoiaren ibilbidea zehazki ikusi zuten zientzialariek, bai eta jokabide bitxi batzuk atzeman ere. "Material horretan, motelago higitzen da argia eta, gainera, "korrontearen kontra" higi daiteke, hau da, bere energia-fluxuaren kontrako noranzkoan mugi daitezke polaritoiaren uhinak", azaldu du Hillenbrandek.

"Zalantzarik gabe, polaritoia mugitzen den abiadura da emaitzarik interesgarrienetako bat", dio Yoxallek. "Argi geldoa ikertzeko interes handia dago, eta hori egiteko modu berri bat erakutsi dugu guk lan horren bidez". Egitura fotoniko konbentzionaletan, aplikazio-potentzial handia du argi geldoak detekzio- eta komunikazio-teknologietarako, argia-materia interakzioaren hobekuntza dela eta. Gailuak miniaturizatzeko lagungarri izan daiteke material hiperboliko horietan argiak iristen duen konpresio-maila izugarria.

Nanoargia (giza ile baten lodiera baino ehun aldiz txikiagoa) bidezko ikerketak nabarmen garatu dira azken urteotan grafenoa, boro nitruroa edo molibdeno trioxidoa bezalako laminetan egituratutako nanomaterialen erabilerari esker: van der Waals materialak deiturikoak.

Nanoargi honen aplikazio teknologikoen eragozpen nagusietako bat material bakoitzaren frekuentzia bereizgarrien gama mugatuak dira. Baina orain, nazioarteko talde batek metodo berritzaile bat proposatu du polaritoien lan-frekuentzia horiek Van der Waalsen materialetan nabarmen zabaltzeko. Metodoa, van der Waalsen pentaoxidozko materialaren egitura laminarrean, atomo alkalinoak eta alkalinotereoak tartekatzean datza, sodioa, kaltzioa edo litioa kasu, bere lotura atomikoak eta, ondorioz, bere propietate optikoak aldatzea ahalbidetzen duena.

Kontuan hartuta ioien eta ioi-edukiontzien barietate handi bat material laminatuetan tartekatu daitezkeela, Van der Waalsen materialetan fonoi-polaritoien eskaerari erantzun espektrala ematea espero da, denborarekin infragorriaren erdi-eremu osoa beteko duena, fonoi-polaritoien fotonikatik sortzen ari den eremurako oso kritikoa dena.

Aurkikuntzak, Nature Materials aldizkarian argitaratuak, teknologia fotoniko trinkoen garapenean aurrera egitea ahalbidetuko du, sentsibilitate handiko sentsore biologikoak edo nanoeskalako informazioaren eta komunikazioen teknologiak besteak beste.

Andreas Seifert nanoGUNEko Ikerbasque irakasleak MEMS Optikoei eta Nanofotonikari buruzko Nazioarteko Konferentzia inauguratu du (International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics – OMN 2024). Bertan, optikaren eta nanofotonikaren arloko munduko adituak bildu dira.