A Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatóinak, valamint japán és francia tudósoknak közös munkája során a fény és az anyag kölcsönhatásait térképezték fel a fizikusok, akik az interakció megfigyeléséhez egy speciális platformot, szén nanocsöveket használtak. Az 1991-ben, Sumio Iijima által elektronmikroszkóppal megfigyelt és szén nanocsöveknek elnevezett struktúrák, amelyek miniatűr, cső alakzatban feltekert grafén lapból állnak, rendkívül ígéretes alapanyagot jelentenek bizonyos gyakorlati alkalmazások terén, kijelzők készítéséhez például már az 1990-es években is használták őket a különlegesen jó elektronkibocsátási képességük miatt. A hétköznapi gyártási folyamatok során is jó szolgálatot teljesítő, többek között a lítiumion akkumulátorok anódjaként az eszközök teljesítményét növelő hozzávaló a fizikai kísérletek során is hasznosnak bizonyult: a Wigner leírása szerint a csövecskék belseje egyfajta tartályt alkotva a benne elhelyezett molekulák kimutatását és vizsgálatát segíti elő.

A Wigner FK Kísérleti Szilárdtestfizika Osztály Szén nanoszerkezetek spektroszkópiája csoportjának kutatói részvételével zajló kísérletben a nanocsövek egy egészen új jelenség megfigyelésének adtak helyet: a fény-anyag kölcsönhatás vizsgálata során a kutatók olyan erős elektromágneses kölcsönhatást mutattak ki plazmonok és fononok között, ami új hibrid plazmon-fonon (fény-elektron-rezgés) állapotokat eredményezett.

A plazmonok egy szilárd vezető közeg szabad elektronjainak kollektív oszcillációját jelentik, ebben az esetben a szén nanocsőben haladó elektronhullámokat, míg a fononok kvázirészecskék, amelyek egy szilárdtest atomjainak rezgéseit írják le. A kísérletben a fononok a nanocsöveket hordozó anyagok, vagyis az alapként használt szilícium és a hatszögletű rácsszerkezetű bór-nitrid rezgéseit képviselték, a plazmonok pedig az úgynevezett Luttinger-folyadék jellegű plazmonok voltak, amelyek az egydimenziós szerkezetben csapdába esett elektronok jellemző megjelenési formái. A nanocsövekben keltett rezgések kölcsönhatásainak megfigyelését a kutatók közeltér-mikroszkópiás módszerrel végezték el, mivel

"a fény infravörös tartományában ez az egyetlen módszer, mely alkalmas ilyen kis objektumok vizsgálatára"

- írja a Wigner.

A fizikusok által megfigyelt hibrid plazmon-fonon állapotok energiája és tulajdonságai nagymértékben különböztek a kiindulási állapotokétól, a mérések alapján megállapították, hogy a kölcsönhatás az ultraerős csatolás kategóriájába esik. Az ultraerős csatolás a gyenge és erős csatolás mellett a fény és anyag interakciójának az elmúlt időkben sokat kutatott formája, ami ezeknek a kvantumrendszereknek (a fény-anyag rendszereknek) közelebbi megértésére is lehetőséget ad, az ultraerős állapotnak a gyakorlati alkalmazása pedig a kvantuminformációs rendszerekben való felhasználástól a nanooptikáig terjed.

Az ultraerős csatolást akár molekulaspektroszkópiai alkalmazásokra is fel lehet használni, mivel a nanocsövek belsejében kialakuló erős elektromágneses hatás a bennük lévő molekulák kimutatásának érzékenységét jelentősen növeli, "akár egyetlen molekula azonosításának szintjéig" a Wigner FK beszámolója szerint. A kutatásról szóló tanulmány a Nano Lettersben jelent meg március 22-én.

(Fotó: Wigner Fizikai Kutatóközpont, cintersimone/Pixabay, Maciej Frolow/Getty Images)

Speciális módon generálja az energiát a szén alapú csodaanyagból készült miniatűr reaktor Csak fogni kell egy részecskét, beletenni organikus oldatba és elkezd elektromos mezőt generálni, vezetékek nélkül - írják le a működési elvet az MIT tudósai.