Los investigadores del MIT y otras instituciones han encontrado un nuevo fenómeno en el comportamiento de un tipo de cuasipartículas llamadas plasmones a medida que se mueven a lo largo de pequeñas cintas de materiales bidimensionales como el grafeno y los TMD dichoslcogenuros de metales de transición, que tienen una estructura hexagonalparecido al alambre de gallina. El equipo descubrió que estos plasmones se pueden separar en dos corrientes diferentes que se mueven en direcciones opuestas en los bordes de las cintas, como el tráfico en una carretera de dos carriles, sin la necesidad de campos magnéticos fuertes u otras condiciones exóticas.
La nueva investigación fue realizada por el profesor asociado de ingeniería mecánica del MIT Nicholas X. Fang, doctorado reciente de ese departamento, Anshuman Kumar, y otros cuatro investigadores de la Universidad de Wisconsin en Milwaukee, la Universidad Politécnica de Hong Kong y la Universidad deMinnesota. El trabajo fue reportado en un artículo en la revista Revisión física B .
Otros grupos habían observado previamente tales flujos separados, dice Fang, pero ese trabajo previo requería el uso de potentes campos magnéticos. En cambio, el nuevo proceso depende en gran medida de los efectos ópticos, dice, usando haces de luz polarizada circularmente.
Los hallazgos se basan en estados exóticos de la materia que pueden ocurrir en materiales bidimensionales que, a diferencia del grafeno, tienen una característica conocida como banda prohibida, necesaria para dispositivos como transistores o células solares y también en grafeno que se modifica paratienen un intervalo de banda. Estos estados de la materia se basan en fenómenos de la física cuántica como la curvatura de Berry, que se producen en configuraciones conocidas como sistemas Dirac masivos. Aunque estos sistemas son un área de investigación candente en estos días, los investigadores dicen que esta clase particular de fenómenos, que involucra propiedades electromagnéticas de superficie conocidas como plasmones de superficie, ha sido relativamente inexplorado hasta ahora.
Agrupación en "valles"
En el nuevo trabajo, el equipo demostró que los rayos brillantes de luz polarizada circularmente sobre las cintas de grafeno hacen que los electrones en el material se agrupen en dos "valles" diferentes en la estructura de la banda electrónica. Las propiedades de simetría peculiares de este sistema dan lugar aun fenómeno llamado curvatura de Berry, que puede considerarse como un campo magnético artificial.
En estas condiciones, estos valles corresponden a los movimientos de los plasmones, que son una especie de oscilación de la densidad de electrones en el material, en direcciones opuestas en los dos bordes del material. Las cintas de grafeno son solo 50 nanómetros milmillonésimasde un metro de ancho
Este campo magnético efectivo se puede medir enviando un segundo haz polarizado, cuya transmisión se puede detectar para que los cambios en su polarización den una medición directa de los efectos que tienen lugar en los plasmones de superficie.
"Esto es emocionante", explica Fang, porque abre un enfoque completamente nuevo tanto para manipular el comportamiento electromagnético de tales sistemas como para medir los resultados de estas manipulaciones.
Esto podría sugerir posibilidades para nuevos tipos de dispositivos electroópticos, dice. Por ejemplo, algunos sistemas fotónicos experimentales requieren dispositivos llamados aisladores ópticos, que evitan que los haces de luz en los sistemas ópticos de precisión se reflejen de regreso a su fuente y causen interferencia"Pero estos aisladores, que requieren campos magnéticos fuertes, son inherentemente voluminosos", dice, lo que limita la utilidad de tales sistemas. "Con este concepto", dice, "es posible reemplazar estos aisladores ópticos voluminosos con una monocapa de dos dimensionesmaterial."
aislamiento a escala de chip
Con dicho sistema, dice Kumar, debería ser posible "hacer un aislamiento óptico a escala de chip sin la necesidad de un campo magnético". Para lograr el mismo grado de aislamiento óptico que este sistema proporcionaría con un haz de luz,Kumar dice que con un sistema convencional se requeriría un campo magnético con una potencia de 7 teslas, un campo muy fuerte que requeriría una instalación de investigación especial en comparación, el campo magnético de la Tierra mide solo 32 millonésimas de tesla.
Teóricamente, esto podría conducir a aplicaciones tales como nuevos tipos de dispositivos de memoria donde la información podría ser escrita y leída utilizando haces de luz polarizada, haciéndolos relativamente inmunes a la interferencia electromagnética u otro tipo de interferencia, dicen los investigadores.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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