Des chercheurs de l'Université de Floride centrale ont développé une nouvelle et meilleure façon de détecter les interactions entre la lumière et la matière au niveau atomique, une découverte qui pourrait conduire à des avancées dans le domaine émergent des matériaux bidimensionnels et de nouvelles façons de contrôler la lumière.

Les scientifiques utilisent généralement des outils de spectrométrie pour étudier la façon dont la lumière interagit avec un gaz, liquide ou solide. Cette méthode est décrite comme « inélastique, " ce qui signifie que l'énergie de la lumière est altérée par son contact avec la matière.

Une équipe dirigée par le professeur Aristide Dogariu du CREOL de l'UCF, Le Collège d'Optique &Photonique, a mis au point un moyen de détecter une telle interaction sur une seule couche d'atomes - une tâche extrêmement difficile en raison de la taille minuscule de l'atome - en utilisant une méthode "élastique". Cela signifie que l'énergie de la lumière reste inchangée.

"Notre expérience établit que, même au niveau atomique, une mesure basée sur l'optique statistique a des capacités pratiques inégalées par les approches conventionnelles, " a déclaré Dogariu.

Comme indiqué ce mois-ci dans Optique , la revue académique de The Optical Society, c'est la première démonstration d'une diffusion élastique, expérience en champ proche réalisée sur une seule couche d'atomes.

Les chercheurs démontrent ce phénomène nouveau et fondamental à l'aide de graphène, un bidimensionnel, matière cristalline. Leur technique impliquait un éclairage aléatoire de la monocouche atomique dans toutes les directions possibles, puis une analyse de la manière dont les propriétés statistiques de la lumière d'entrée sont influencées par de minuscules défauts dans la couche atomique.

La méthode a fourni aux scientifiques non seulement un moyen simple et robuste d'évaluer les propriétés structurelles des matériaux 2D, mais également de nouveaux moyens de contrôler les propriétés complexes du rayonnement optique à des échelles inférieures à la longueur d'onde.

La découverte de l'équipe selon laquelle sa méthode est supérieure aux méthodes conventionnelles est d'un grand intérêt pour la communauté des physiciens. Au-delà de ça, cela pourrait conduire à d'autres avancées.

Le graphène et d'autres matériaux bidimensionnels ont des propriétés que les chercheurs essaient d'exploiter pour une utilisation dans les écrans d'affichage, piles, condensateurs, cellules solaires et plus. Mais leur efficacité peut être limitée par les impuretés et la recherche de ces défauts nécessite des techniques de microscopie sophistiquées parfois peu pratiques. Les recherches de Dogariu ont permis de découvrir un moyen plus efficace de découvrir ces défauts, une technique potentiellement précieuse pour l'industrie.

La découverte qu'une seule couche d'atomes modifie les propriétés de la lumière et d'autres rayonnements électromagnétiques a des implications pour le contrôle de la lumière à des échelles inférieures à la longueur d'onde dans les dispositifs photoniques tels que les LED et les cellules photovoltaïques.