Banebrydende fysikforskning offentliggjort i Nature Communications

Banebrydende fysikforskning offentliggjort i Nature Communications

Udsigten til optiske komponenter, der er meget mindre, end de er i dag, er en del af potentialet i den forskning, som ph.d.-studerende René Petersen og professor Thomas Garm Pedersen fra AAU sammen med et forskerhold fra DTU og SDU står bag. Forskningsresultaterne er netop blevet offentliggjort i det internationalt anerkendte tidsskrift Nature Communications.

Traditionelt opdeler man stoffer i metaller og isolatorer: Dem, der leder strøm og dem, der ikke gør, og de forskellige stoffer har meget forskellige elektriske og optiske egenskaber.

Men der findes også materialer, som har begge egenskaber. For eksempel er visse materialer på én og samme tid isolerende i én retning, men ledende i de andre. Dem kalder man for hyperbolske materialer, og det er dem, der er omdrejningspunktet for den forskning, der netop er offentliggjort i Nature Communications.

Markant udvidelse af værktøjskasse

Kunstige hyperbolske materialer, såkaldte metamaterialer, kan fremstilles i laboratorier ved at bygge lag på lag, hvor der dog er en grænse for, hvor tynde de enkelte lag kan laves. Men der findes også naturlige hyperbolske materialer, hvor de enkelte lag er så tynde som ned til 1-2 atom pr. lag. Og lagtykkelsen er afgørende for, hvordan lys opfører sig inde i materialerne.

- Lagenes tykkelse er ekstremt afgørende for, hvor godt materialet fungerer.  Når lys udbreder sig i en krystal af et hyperbolsk stof, får det en blanding af egenskaberne fra den metalliske del og den isolerende del. Det giver helt nye optiske egenskaber, der kan udnyttes til ultrasmå og præcise linser eller til at kontrollere, hvor hurtigt en lysdiode udsender lys, fortæller Thomas Garm Pedersen.

Ved hjælp af avancerede computermodeller har forskerne simuleret, hvordan de ønskede egenskaber hos et hyperbolsk stof hænger sammen med den atomare struktur. På den måde har de identificeret en lang række nye og lovende materialer. Desuden har forskerne studeret, hvor gode forskellige naturlige hyperbolske materialer er til styre udsendelsen af lys fra små lyskilder.  

- Hvis man sætter en lille lyskilde i nærheden af overfladen på et hyperbolsk stof, kan man få lysudsendelsen til at gå hurtigere. Og vi har set, at naturlige hyperbolske materialer er meget bedre til det end kunstige metamaterialer. Som en konkret anvendelse har vi f. eks. fundet de helt rigtige materialer til at kontrollere de lyskilder, som mange regner med vil blive brugt i fremtidens kvantecomputere, fortæller Thomas Garm Pedersen.

Med muligheden for ultrakompakt optik og kontrol af lyset er der udsigt til, at værkstøjskassen bliver markant større for dem, der udvikler f. eks linser, lysdioder eller detektorer. Og i fremtiden kan det betyde langt bedre komponenter.

Stort at få artikel i Nature Communications

Det er ikke hverdagskost at få en artikel bragt i Nature Communications. Derfor var der også en vis stolthed at spore hos Thomas Garm Pedersen.

- Det betyder, at vi er nogle af verdens bedste til lige præcis det her, og det er selvfølgelig en stor anerkendelse af vores arbejde. Og så er det en krone på værket for vores samarbejde i forskningscenteret CNG, siger Thomas Garm Pedersen.

Læs artiklen i Nature Communications her.