Самые тонкие в мире зеркала отражают свет при помощи квантовых экситонов - «Наука и технологии»

Две независимые группы ученых, одна - из Гарвардского университета, а вторая - из Института квантовой электроники в Цюрихе, практически одновременно закончили создание самых тонких на сегодняшний день зеркал в мире. Отражающим слоем этих зеркал является лист диселенида молибдена (MoSe2), толщина которого условно равна размеру одного атома. Такие сверхтонкие зеркала могут стать рабочими элементами крошечных датчиков, они смогут модулировать и направлять несущие информацию лучи света, когда эти лучи перемещаются в пределах кристалла компьютерного процессора.

Разные материалы, приближаясь к их минимальной толщине, могут сохранить, частично или полностью потерять свои светоотражающие свойства. Зеркало, созданное исследователями из Гарварда, установленное на кремниевом основании, отражает до 85 процентов падающего на него света. Зеркало, созданное в Цюрихе и установленное на основании из кварца, имеет худшие характеристики, оно отражает до 41 процента света. И оба зеркала эффективно работают в диапазоне 780 нанометров, что соответствует свету темно-красного цвета.

Диселенид молибдена обладает высокой светоотражающей способностью, благодаря необычному поведению электронов его атомов. Когда фотон света попадает в атом, у электрона имеется достаточно высокий шанс "выпрыгнуть" из своей орбиты, оставив за собой положительно заряженную "электронную дырку". При некоторых параметрах фотонов света их энергии недостаточно для того, чтобы отправить электрон далеко в пространство и он, этот электрон, начинает вращаться вокруг электронной дырки, формируя странный квантовый объект, квазичастицу, называемую экситоном. Электроны атомов, входящих в состав диселенида молибдена ведут себя подобным образом, когда этот материал освещается светом с определенной длиной волны.

Через некоторое время экситоны излучают заключенный в них свет и электрон возвращается на свое место. Инициатором этого процесса являются другие фотоны падающего на материал света, в результате чего фотон, излученный экситоном, движется в направлении, обратном направлению падающего света, а вся поверхность материала работает как зеркало.

Проводя исследования, ученые обнаружили, что слой MoSe2 является чем-то большим, нежели простое зеркало. В зависимости от величины и полярности поданного на него электрического потенциала, отражательная способность крошечного зеркала может снизиться или увеличиться. Данный процесс происходит с очень большой скоростью, благодаря чему зеркала из диселенида молибдена можно использовать в качестве оптоэлектронных модуляторов, позволяющих формировать короткие импульсы света или придавать определенную форму более длинным импульсам.