Câmera eletrônica de alta velocidade descobre novo comportamento de ‘distorção de luz’ em material ultrafino

Ao tirar fotos com a câmera eletrônica de alta velocidade no SLAC National Acceleratory Laboratory do Departamento de Energia, pesquisadores descobriram um novo comportamento em um material ultrafino que oferece uma abordagem promissora para manipular a luz que será útil para dispositivos que detectam, controlam ou emitem luz, conhecidos coletivamente como dispositivos optoeletrônicos, e investigam como a luz é polarizada dentro de um material. Dispositivos optoeletrônicos são usados ​​em muitas tecnologias que tocam nossas vidas diárias, incluindo diodos emissores de luz (LEDs), fibras ópticas e imagens médicas.

Conforme relatado em Letras Nanoa equipe, liderada pelo SLAC e pelo professor de Stanford Aaron Lindenberg, descobriu que, quando orientada em uma direção específica e submetida à radiação terahertz linear, uma película ultrafina de ditelureto de tungstênio, que tem propriedades desejáveis ​​para polarizar a luz usada em dispositivos ópticos, polariza circularmente a luz incidente.

A radiação terahertz fica entre as regiões de micro-ondas e infravermelho no espectro eletromagnético e permite novas maneiras de caracterizar e controlar as propriedades dos materiais. Os cientistas gostariam de descobrir uma maneira de aproveitar essa luz para o desenvolvimento de futuros dispositivos optoeletrônicos.

Capturar o comportamento de um material sob luz terahertz requer um instrumento avançado capaz de registrar as interações em velocidades ultrarrápidas, e o instrumento líder mundial do SLAC para difração de elétrons ultrarrápida (MeV-UED) na Fonte de Luz Coerente Linac (LCLS) pode fazer exatamente isso.

Enquanto o MeV-UED é normalmente usado para visualizar o movimento de átomos medindo como eles espalham elétrons após atingir uma amostra com um feixe de elétrons, este novo trabalho usou os pulsos de elétrons de femtossegundos para visualizar os campos elétricos e magnéticos dos pulsos de terahertz de entrada, que fizeram os elétrons balançarem para frente e para trás. No estudo, a polarização circular foi indicada por imagens dos elétrons que mostraram um padrão circular em vez de uma linha reta

O material ultrafino tinha apenas 50 nanômetros de espessura. “Isso é de 1.000 a 10.000 vezes mais fino do que o que normalmente precisamos para induzir esse tipo de resposta”, disse Lindenberg.

Os pesquisadores estão animados com o uso desses materiais ultrafinos, conhecidos como materiais bidimensionais (2D), para tornar dispositivos optoeletrônicos menores e capazes de mais funções. Eles imaginam criar dispositivos a partir de camadas de estruturas 2D, como Legos empilháveis, disse Lindenberg. Cada estrutura 2D seria composta de um material diferente, precisamente alinhado para gerar um tipo específico de resposta óptica. Essas diferentes estruturas e funcionalidades podem ser combinadas em dispositivos compactos que podem encontrar aplicações potenciais — por exemplo, em imagens médicas ou outros tipos de dispositivos optoeletrônicos.

“Este trabalho representa outro elemento em nossa caixa de ferramentas para manipular campos de luz de terahertz, o que por sua vez pode permitir novas maneiras de controlar materiais e dispositivos de maneiras interessantes”, disse Lindenberg.