新方法克服了长期存在的光学局限性,提高了米氏散射的效率

发布时间:2023-12-12 17:00:06.000Z

当你仰望天空,看到形状奇特的云朵,或者费力地透过朦胧的浓雾时,你看到的是 "米氏散射 "的结果。目前有越来越多的研究旨在操纵这种现象,并使一系列令人兴奋的技术成为可能。

 

现在,在最近发表于《Nature Communications》上的一项研究中,包括大阪大学在内的一个多机构研究小组克服了如何提高米氏散射效率的基本限制。文章题为《Multipole engineering by displacement resonance: a new degree of freedom of Mie resonance》。

(A) 激光扫描显微镜的原理,(B) 激光扫描显微镜拍摄的硅Mie谐振器图像,(C) 传统光学显微镜拍摄的(B)暗场图像。资料来源:Yu-Lung Tang 等人,《Multipole engineering by displacement resonance: a new degree of freedom of Mie resonance》,《Nature Communications 》(2023)。

 

元光子学领域的研究人员利用米氏散射等现象产生传统纳米材料无法实现的设备输出,例如低功耗监控技术。

 

但多年来,研究人员一直认为米氏散射只能通过改变光的波长或与之相互作用的纳米结构的尺寸来操纵。本研究的目标是克服这一局限性,在近期研究的基础上进一步拓展,重点研究激光与纳米结构之间的排列。

 

"在我们的方法中,我们对准了入射激光,"该研究的第一作者汤宇龙解释说。"换句话说,我们将照明位置从目标纳米结构的中心移至纳米尺度。

 

通过这种方法,研究人员发现,硅纳米结构表现出的散射取决于紧聚焦激光与纳米结构中心的错位程度。由于传统显微镜使用的是平面波光照明,因此仅 100 纳米的错位就能诱发最大化的米氏共振散射,而这种散射以前是不可见的。

 

这些发现可以提高光学技术的效率。例如,该团队的工作可以帮助研究人员开发全光晶体管,即使用光而不是电的晶体管,其性能超过传统的电子对应器件。

 

"资深作者高原纯一(Junichi Takahara)说:"我们很兴奋,因为我们拓展了具有百年历史的米氏散射光理论的基本原理。"应用范围非常广泛,目前我们的实验室正在进行这项研究。

 

这项工作是我们在理解光-物质相互作用方面迈出的重要一步。此外,这些成果并不局限于硅,入射激光也不需要是可见光波长,这将推动元光子学取得令人兴奋的进展,并使隐形装置等幻想技术离现实更近一步。

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