Os físicos descobriram uma maneira de controlar o comprimento e a força das ondas de movimento atômico chamadas polaritons, que têm usos potenciais promissores, como imagens em escala fina e a transmissão de informações em espaços apertados. Heteroestruturas feitas de grafeno e nitreto de boro hexagonal suportam polaritons híbridos de plasmon-fônon que podem ser ajustados eletronicamente.

Os pesquisadores mediram ondas chamadas polaritons, que podem surgir quando a luz interage com a matéria. Ao combinar dois materiais, eles produziram polaritons híbridos que se propagam por muitas camadas de um material cristalino e podem ser controlados com um simples portão elétrico. O time, liderado por Dimitri Basov e Michael Fogler, professores de física da Universidade da Califórnia, San Diego, relatar seu sucesso em Nature Nanotechnology .

"Nosso trabalho demonstra que novas propriedades das ondas polaritônicas podem ser alcançadas pela combinação artificial de diferentes materiais, "disse Siyuan Dai, um estudante de graduação no grupo de Basov responsável por grande parte do trabalho experimental, e o autor principal do relatório. "Os polaritons híbridos são mais fortes e podem se propagar por mais tempo e, portanto, têm maior potencial de aplicações."

Esta equipe colaborativa foi uma das duas a demonstrar pela primeira vez os polaritons em camadas de átomo único de carbono chamadas grafeno. No grafeno, a luz infravermelha lança ondas através dos elétrons na superfície desse material semelhante a metal, chamado polaritons de plasma de superfície, que os pesquisadores foram capazes de controlar usando um circuito elétrico simples.

A luz infravermelha também pode lançar polaritons dentro de um tipo diferente de cristal bidimensional chamado nitreto de boro hexagonal. Ondas de movimento atômico chamadas polaritons de fônon se propagam por placas de hBN formadas por pilhas de cristais em forma de folha. Os grupos de pesquisa de Basov e Fogler mostraram anteriormente que a variação do número de camadas de hBN poderia controlar a forma de onda dos polaritons do fônon.

Uma vez fabricado, um dispositivo feito de hBN confinaria os polaritons dos fônons a uma única faixa estreita de comprimentos de onda e amplitudes.

Ao cobrir uma pilha de hBN com uma única camada de grafeno, a equipe criou um novo material ágil com polaritons híbridos que se propagam pela placa cristalina, mas podem ser ajustados com um portão eletrônico.

Os dois tipos de polaritons tornam-se acoplados, uma consideração teórica determinada e evidências experimentais confirmadas. Como resultado, este material feito pelo homem manipula a radiação eletromagnética - luz - de maneiras nunca observadas em materiais naturais. Ele se encaixa na definição de um metamaterial, uma classe de estruturas realizada pela primeira vez na UC San Diego, 15 anos atrás, que está começando a ser exposta para uso prático potencial.

"Nossas estruturas são feitas do novo material maravilhoso, o grafeno e seu primo nitreto de boro, que os dotam de várias vantagens em comparação aos metamateriais tradicionais à base de metal. As principais vantagens incluem enorme grau de sintonia, perdas relativamente baixas, e espessura ultrapequena, "Fogler disse.

"Agora demonstramos uma classe inteiramente nova de metamateriais eletromagnéticos que são fabricados a partir de planos atômicos separados de materiais de van der Waals, "Basov disse." Metamateriais eletromagnéticos estão revolucionando as tecnologias de imagem e sensores. Desde a demonstração inicial, esses sistemas já avançaram para aplicações práticas. "