Scherkräfte bringen neue Nanowellen hervor
Basis für kompakte optische Technologien zur Lichtlenkung oder optischen Speicherung von Daten
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Messergebnisse: Scherkräfte bringen neue Nanowellen hervor (Grafik: fhi.mpg.de) |
Berlin (pte020/24.02.2022/12:31)
Ein deutsch-amerikanisches Forscher-Team hat eine neue Art von Nanowelle entdeckt, die in Kristallen mit geringer Symmetrie aufgrund optischer Scherkräfte entsteht. Die Ergebnisse bieten neue Möglichkeiten für kompakte optische Technologien, die neue Wege zur Lichtlenkung oder optischen Speicherung von Informationen erlauben. Beteiligt waren das Fritz-Haber-Institut (FHI) der Max-Planck-Gesellschaft, die Vanderbilt University, die City University of New York, die University of Nebraska sowie die University of Iowa.
Beta-Gallium-Oxide untersucht
Das Team des FHI http://www.fhi.mpg.de hat gemeinsam mit den US-Partnern monokline Beta-Gallium-Oxide untersucht. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass diese Kristalle Scherkräfte auf Licht ausüben, das sich entlang ihrer Oberfläche ausbreitet. "Mit der Infrarotstrahlung des Freie-Elektronen-Lasers unseres Instituts konnten wir Spektralbereiche erschließen, die sonst sehr schwer zugänglich sind", so FHI-Wissenschaftler Alexander Paarmann.
"Die Struktur der in unseren Untersuchungen verwendeten 'monoklinen' Kristallen sieht aus wie ein verzerrter Quader, bei dem vier von sechs Seiten rechteckig und zwei gekippte Parallelogramme sind. Durch diese Verzerrung laufen die neuen Scherwellen nicht nur sehr gerichtet über die Kristalloberfläche, sondern sind auch nicht mehr spiegelsymmetrisch. Dank der 'hyperbolischen' Abhängigkeit ihres Wellenvektors von der Ausbreitungsrichtung können wir diese Wellen in winzige Volumina zwängen", sagt Paarmann.
"Hyperbolische Scherpolaritonen"
Diese sogenannten "hyperbolischen Scherpolaritonen" entstehen durch die Kopplung von Infrarotlicht an Gitterschwingungen, genannt "Phononen", an diesen Kristallen. Im Gegensatz zu früheren Beobachtungen von hyperbolischen Phonon-Polaritonen in Kristallen mit symmetrischer Struktur, entdeckte das Team neue Eigenschaften der Scherpolaritonen: Ihre Ausbreitungsrichtung hängt von der Infrarot-Wellenlänge ab und ihre Wellenfronten sind geneigt.
Für diese neuen Eigenschaften sind optische Scherkräfte verantwortlich, die ausschließlich durch die niedrigere Kristallsymmetrie und die damit verbundene Ausrichtung der Gitterschwingungen entstehen. Daher spielt die Kristallsymmetrie hier eine fundamentale Rolle. "Wir erwarten, dass unsere Ergebnisse neue Wege für die Polaritonenphysik in Materialien mit geringer Symmetrie eröffnen, zu denen viele geologische Mineralien und organische Kristalle gehören", resümiert Paarmann.
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