A fémek felülete éppen azért fényes, mert visszaverik a fényt, és bár a fém ismert mód jól vezeti mind a hőt, mind az elektromosságot, a fénnyel tehát más a helyzet. Legalábbis ezt volt az eddigi általános vélekedés. Egy új felfedezés ugyanis ellentmondani látszik a mindennapok tapasztalatának – írja a Phys.org cikke.

Minden a félfémek kutatásával kezdődött. A félfémek (metalloidok) olyan kémiai elemek, amelyek tulajdonságai az elnevezésnek megfelelően átmenetet jelentenek a fémek, valamint a nemfémek között. A kutatás a ZrSiSe néven ismert félfém anyag optikai tulajdonságainak a vizsgálatával vette tehát a kezdetét: 2020-ban a tudósok kimutatatták, hogy a ZrSiSe elektromos vezetés szempontjából a grafénre hasonlít. Ez utóbbi volt amúgy az első úgynevezett Dirac-anyaggal, amelyet 2004-ben fedeztek fel, és ami lényegében egyetlen atom vastagságú szénlemezt jelent – azóta is több szempontból tanulmányozott anyag.

A ZrSiSe legfontosabb eltérése a graféntól, hogy amíg tehát ez utóbbi egy atomnyi vastagságú lemez, addig a ZrSiSe egy háromdimenziós fémkristály, amely olyan rétegekből áll, amelyek síkbeli és síkon kívüli irányban eltérően viselkednek – ezt a tulajdonságot anizotrópiának nevezzük. Ez nem hangzik éppen túl egyszerűen, de a kutatók hasonlata alapján úgy kell elképzelni, akár egy szendvicset: az egyik réteg fémként viselkedik, a másik már szigetelőanyagként. Ebben a közegben azonban már a bizonyos hullámhosszúságú fény is elkezd szokatlan mód viselkedni – nem csak simán visszaverődik, ahogy az a fémek esetén megszokott, de cikk-cakk mintázatban végighaladhat az anyag belsejében, amit hiperbolikus terjedésnek nevezünk. Ezt a hiperbolikus terjedést aztán különböző vastagságú ZrSiSe mintákban is kimutatták.

A kutatás alapján a ZrSiSe különböző vastagságban alkalmazva nagyon értékes lehet az ultravékony anyagokat előnyben részesítő nanooptikai kutatásokhoz. Viszont a kutatók szerint mégsem ez az anyag, amit keresnek. A feltevések szerint ugyanis akadhatnak ugyanilyen tulajdonsággal rendelkező anyagok, amelyekben viszont a fény még könnyebben tud terjedni – ezek aztán segíthetik a kutatókat a gyakorlati oldalról hatékonyabb optikai chipek kifejlesztésében, az elméleti oldalról pedig a kvantumanyagokkal kapcsolatos alapvető kérdések feltárásában.

(Kép: Columbia University/Nicoletta Barolini)