Az ELKH Wigner Fizikai Kutatóközpont (Wigner FK) Kamarás Katalin akadémikus által vezetett „Szén nanoszerkezetek spektroszkópiája” kutatócsoportja japán és francia partnerekkel közösen ultraerős fény-anyag kölcsönhatást mutatott ki szubnanométeres skálán, ami új nanoelektronikai eszközök és ultraérzékeny detektorok kifejlesztéséhez járulhat hozzá. Az eredményeket bemutató tanulmány a Nano Letters című vezető tudományos lap 2022. áprilisi számában jelent meg, amelynek címlapjára is e nagy jelentőségű, most kimutatott effektus illusztrációja került.
Az egyfalú szén nanocsövek csupán egy szénatomnyi falvastagságú, henger alakú, hosszúkás molekulák, amelyek 1991-es felfedezésük óta foglalkoztatják a kutatókat. Különleges optikai és elektromos tulajdonságaik miatt ugyanis számos alkalmazás épülhet ‒ és épül is ‒ rájuk, a kompozit anyagoktól kezdve a biomarkereken át az ultragyors tranzisztorokig.
A kutatók haladó elektronhullámokat, azaz plazmonokat keltettek egyedi szén nanocsövekben, majd e kvázirészecskék kölcsönhatását vizsgálták a nanocsöveket hordozó anyag rezgéseivel. Mivel egy egyedi nanocső átmérője csupán egy átlagos hajszál százezredrésze, a kutatók vizsgálataikat egy úgynevezett közeltér-mikroszkópiás módszerrel végezték. A fény infravörös tartományában ez az egyetlen módszer, amely alkalmas ilyen kis objektumok vizsgálatára. Az elvégzett vizsgálatokkal így egy újabb különleges effektust sikerült kimutatniuk, amely tovább bővítheti a nanocsövek jövőbeli technológiai felhasználásának lehetőségeit.
Németh Gergely, a Wigner FK kutatója, a tanulmány első szerzője és munkatársai kimutatták, hogy a kialakuló elektromágneses kölcsönhatás olyan erős, hogy új hibrid plazmon-fonon (fény-elektron-rezgés) állapotok jönnek létre, melyek energiájuk és tulajdonságaik tekintetében nagymértékben különböznek a kiindulási állapotoktól. Számszerűsítve az effektust megállapították, hogy az az úgynevezett ultraerős csatolás kategóriájába esik. Ennek a jelenségnek a megvalósítása az egyik legújabb és rendívül aktív ága a nanofotonikai alapkutatásnak. Kiemelkedő eredmény, hogy a kölcsönhatást igen kis térfogatban és az infravörös tartományban mutatták ki, amit eddig kevés más anyaggal sikerült megvalósítani.
Az ultraerős csatolás számos felhasználási lehetősége közül a magyar kutatók leginkább a jelenség molekulaspektroszkópiai alkalmazásával foglalkoznak. A nanocsövek üreges jellegük miatt kisebb molekulák befogadására képes „nanotartályként” működhetnek. A csövek belsejében kialakuló erős elektromágneses tér jelentősen megnöveli ezen molekulák kimutatásának érzékenységét, akár egyetlen molekula azonosításának szintjéig. A felfedezés ezenfelül új lehetőségeket teremthet kémiai reakciók módosítására vagy ultragyors plazmonikus áramkörök létrehozására.
