Geavanceerde microscopiemethode onthult verborgen wereld van optische nanometamaterialen

Wetenschappers van de afdeling Fysische Chemie van het Fritz Haber Instituut van de Max Planck-Gesellschaft hebben een belangrijke ontdekking gedaan op het gebied van nanotechnologie, zoals beschreven in hun nieuwste publicatie in Geavanceerde materialenIn hun artikel, getiteld “Spectroscopic and Interferometric Sum-Frequency Imaging of Strongly Coupled Phonon Polaritons in SiC Metasurfaces”, introduceren ze een nieuwe microscopiemethode die een ongekende visualisatie van nanostructuren en hun optische eigenschappen mogelijk maakt.

Metamaterialen, ontworpen op nanoschaal, vertonen unieke eigenschappen die niet voorkomen in natuurlijk voorkomende materialen. Deze eigenschappen komen voort uit hun nanoschaalbouwstenen, die tot nu toe moeilijk direct te observeren waren vanwege hun formaat dat kleiner is dan de golflengte van licht. Het onderzoek van het team overwint deze beperking door gebruik te maken van een nieuwe microscopietechniek die tegelijkertijd zowel de nano- als macrostructuren van deze materialen kan onthullen.

De belangrijkste bevinding van dit onderzoek is een methodologische doorbraak die de visualisatie van structuren mogelijk maakt die voorheen te klein waren om met traditionele microscopie te worden gezien. Door licht op innovatieve manieren te gebruiken, hebben de wetenschappers ontdekt hoe ze één kleur licht in de structuur kunnen “vangen” en een menging met een tweede kleur kunnen gebruiken die de structuur kan verlaten om dit gevangen licht te visualiseren. Deze truc onthult de verborgen wereld van optische metamaterialen op nanoschaal.

Deze prestatie is het resultaat van meer dan vijf jaar toegewijd onderzoek en ontwikkeling, waarbij gebruik is gemaakt van de unieke kenmerken van de Free Electron Laser (FEL) bij het Fritz Haber Institute. Dit type microscopie is bijzonder omdat het een dieper begrip van metasurfaces mogelijk maakt, wat de weg vrijmaakt voor technologische vooruitgang zoals lensontwerp, met als uiteindelijk doel het creëren van plattere, efficiëntere optische apparaten.

Door het vergroten van de kennis over metassurfaces opent dit onderzoek de deur naar de ontwikkeling van nieuwe lichtbronnen en het ontwerp van coherente thermische lichtbronnen.

“We staan ​​nog maar aan het begin”, zegt het onderzoeksteam, “maar de implicaties van ons werk voor het veld van vlakke optica en daarbuiten zijn immens. Onze techniek stelt ons niet alleen in staat om de volledige prestaties van deze nanostructuren te zien, maar ook om ze te verbeteren, door 3D-optica te verkleinen tot 2D en alles kleiner en platter te maken.”