Wetenschappers ontdekken lichtabsorberende eigenschappen van achirale materialen

Onderzoekers van de Universiteit van Ottawa hebben een ontdekking gedaan die onze kennis over licht en materialen verandert. Ze ontdekten dat speciaal ontworpen achirale (symmetrische) materialen, achirale plasmonische metasurfaces genoemd, licht op verschillende manieren kunnen absorberen, afhankelijk van de handigheid van het golffront van licht. Dit was verrassend omdat dergelijke materialen jarenlang onverschillig bleken te zijn voor optische sondes en een dergelijke selectieve absorptie niet vertoonden.

Het onderzoek, dat het afgelopen jaar werd uitgevoerd in het Advanced Research Complex (ARC) van uOttawa, werd geleid door Ravi Bhardwaj, professor aan de afdeling natuurkunde van de Universiteit van Ottawa en Ph.D. student Ashish Jain.

Tot de medewerkers behoren Howard Northfield, onderzoeksingenieur, en collega’s Ebrahim Karimi, Canada Research Chair in Structured Light en universitair hoofddocent natuurkunde, en Pierre Berini, University Research Chair in Surface Plasmon Photonics en hoogleraar Electrical Engineering.

Het team gebruikte een speciaal lichtinstrument ontwikkeld door de Structural Quantum Optics (SQO)-groep van professor Karimi en vervaardigde de noodzakelijke structuren met de hulp van Howard Northfield en professor Berini. Hun bevindingen toonden aan dat deze selectieve absorptie plaatsvindt vanwege interacties tussen verschillende delen van het licht en het materiaal.

Het onderzoek is gepubliceerd in het journaal ACS Nano.

“Tientallen jaren lang geloofden we dat deze materialen geen enkel verschil konden vertonen in de manier waarop ze gepolariseerd licht absorberen”, zegt professor Bhardwaj. “Maar uit ons onderzoek blijkt dat we door het gebruik van een speciaal soort gedraaid licht deze absorptie tot 50% kunnen controleren en afstemmen.”

Belangrijke punten uit het onderzoek zijn onder meer:

• Het oude geloof doorbreken: het team toonde aan dat achirale structuren inderdaad licht op een andere manier kunnen absorberen, waardoor oude overtuigingen ter discussie worden gesteld.
• Nauwkeurige controle: Ze vonden manieren om deze absorptie nauwkeurig te controleren, wat nuttig zou kunnen zijn in technologieën zoals optische schakelaars.
• Verbeterde efficiëntie: hun speciale gedraaide licht verbeterde de lichtabsorptie-efficiëntie in deze materialen.
• Gemakkelijkere fabricage: Achirale structuren zijn eenvoudiger te maken, wat zou kunnen leiden tot betere en functionelere optische apparaten.
• Nieuwe inzichten: Het onderzoek geeft een beter inzicht in de interactie van licht met deze materialen.

Professor Bhardwaj legt uit: “Ons onderzoek ontkracht niet alleen de mythe dat dichroïsme niet bestaat in achirale structuren, maar opent ook deuren naar de volgende generatie plasmonische spectroscopie en detectie via verbeterde optische metrologie.” Dit werk belooft aanzienlijke vooruitgang op het gebied van optische apparaten, zoals sensoren en schakelaars.

Bovendien “is deze ontdekking belangrijk omdat het aantoont dat zelfs symmetrische materialen speciale lichtabsorberende eigenschappen kunnen hebben, wat nieuwe mogelijkheden opent voor geavanceerde detectie- en meettechnologieën”, voegt Jain toe.