p Uma equipe de pesquisa internacional relata que a luz confinada na nanoescala se propaga apenas em direções específicas ao longo de placas finas de trióxido de molibdênio, um material 2-D anisotrópico natural. Além de seu caráter direcional único, este nanolight se propaga por um tempo excepcionalmente longo, e, portanto, tem possíveis aplicações no processamento de sinais, detecção e gerenciamento de calor em nanoescala. p As futuras tecnologias de informação e comunicação contarão com a manipulação não apenas de elétrons, mas também de luz em escala nanométrica. Limitar a luz a uma área tão pequena tem sido o principal objetivo da nanofotônica por muitos anos. Uma estratégia de sucesso é o uso de polaritons, que são ondas eletromagnéticas resultantes do acoplamento de luz e matéria. A compressão de luz particularmente forte pode ser alcançada com polaritons em frequências infravermelhas em materiais 2-D, tais como grafeno e nitreto de boro hexagonal. Os pesquisadores alcançaram propriedades polaritônicas extraordinárias, como o ajuste elétrico de polaritons de grafeno com esses materiais, mas os polaritons sempre se propagaram ao longo de todas as direções da superfície material, perdendo energia rapidamente, o que limita o seu potencial de aplicação.

p Recentemente, os pesquisadores previram que os polaritons podem se propagar anisotropicamente ao longo das superfícies de materiais 2-D em que as propriedades eletrônicas ou estruturais são diferentes ao longo de diferentes direções. Nesse caso, a velocidade e o comprimento de onda dos polaritons dependem fortemente da direção em que se propagam. Esta propriedade pode levar a propagação polariton altamente direcional na forma de raios confinados em nanoescala, que poderia encontrar aplicações futuras nas áreas de detecção, gerenciamento de calor e computação quântica.

p Agora, uma equipe internacional liderada por Qiaoliang Bao (Monash Engineering, Melbourne, Austrália), Pablo Alonso-González (Universidade de Oviedo, Espanha) e Rainer Hillenbrand (CIC nanoGUNE, São Sebastião, Espanha) descobriram polaritons infravermelhos ultraconfinados que se propagam apenas em direções específicas ao longo de placas finas do trióxido de molibdênio material 2-D natural (α-MoO ₃ )

p "Encontramos α-MoO ₃ para ser uma plataforma única para nanofotônica infravermelha, "diz Qiaoliang Bao.

p "Foi incrível descobrir polaritons em nosso α-MoO ₃ flocos finos viajando apenas em certas direções, "diz Weiliang Ma, estudante de pós-graduação e coautoria.

p "Até agora, a propagação direcional de polaritons foi observada experimentalmente apenas em materiais estruturados artificialmente, onde o confinamento de polariton final é muito mais difícil de alcançar do que em materiais naturais, "acrescenta o co-primeiro autor Shaojuan Li.

p Além da propagação direcional, o estudo também revelou que os polaritons em α-MoO ₃ pode ter uma vida útil extraordinariamente longa. "A luz parece tomar uma rodovia em nanoescala em α-MoO ₃ ; ele viaja ao longo de certas direções quase sem obstáculos, "diz Pablo Alonso-González, co-primeiro autor do artigo. Ele adiciona, "Nossas medições mostram que polaritons em α-MoO ₃ viver até 20 picossegundos, que é 40 vezes maior do que a melhor vida útil possível do polariton em grafeno de alta qualidade em temperatura ambiente. "

p Como o comprimento de onda dos polaritons é muito menor do que o da luz, os pesquisadores tiveram que usar um microscópio especial, um chamado microscópio óptico de campo próximo, para imaginá-los. "O estabelecimento desta técnica coincidiu perfeitamente com o surgimento de novos materiais de van der Waals, permitindo a imagem de uma variedade de polaritons únicos e até inesperados durante os últimos anos, "acrescenta Rainer Hillenbrand.

p Para uma melhor compreensão dos resultados experimentais, os pesquisadores desenvolveram uma teoria que lhes permitiu extrair a relação entre o momento dos polaritons em α-MoO ₃ com sua energia. “Percebemos que a luz comprimida em α-MoO ₃ pode se tornar 'hiperbólico, "fazendo com que a energia e as frentes de onda se propaguem em diferentes direções ao longo da superfície, o que pode levar a efeitos exóticos interessantes em óptica, como refração negativa ou superlente, "diz Alexey Nikitinof Donostia International Physics Center (DIPC), que desenvolveu a teoria em colaboração com Javier Taboada-Gutiérrez e Javier Martín-Sánchez e pesquisadores de pós-doutorado do grupo de Alonso-Gonzalez.

p O trabalho atual é apenas o início de uma série de estudos focados no controle direcional e na manipulação da luz com a ajuda de polaritons de perda ultrabaixa em nanoescala, o que poderia beneficiar o desenvolvimento de dispositivos nanofotônicos mais eficientes para sensoriamento óptico e processamento de sinal ou gerenciamento de calor.