Kontroll av interaktion mellan ljus och materia är central för grundläggande fenomen och teknologier som fotosyntes, lasrar, LED och solceller. Forskare från City College i New York har nu visat en ny klass av konstgjorda medier som kallas fotoniska hyperkristaller som kan kontrollera ljus-materia-interaktion på oöverträffade sätt.

Detta kan leda till sådana fördelar som ultrasnabba lysdioder för Li-Fi (en trådlös teknik som överför höghastighetsdata med hjälp av kommunikation med synligt ljus), förbättrad absorption i solceller och utveckling av enskilda fotonemitters för kvantinformationsbehandling, sade Vinod M. Menon, professor i fysik vid City Colleges avdelning för naturvetenskap som ledde forskningen.

Fotoniska kristaller och metamaterial är två av de mest välkända konstgjorda materialen som används för att manipulera ljus. Dock, de lider av nackdelar som bandbreddsbegränsning och dålig ljusemission. I sin forskning, Menon och hans team övervann dessa nackdelar genom att utveckla hyperkristaller som tar det bästa av både fotoniska kristaller och metamaterial och gör ännu bättre. De visade signifikant ökning av både ljusemissionshastighet och intensitet från nanomaterial inbäddade i hyperkristallerna.

De framväxande egenskaperna hos hyperkristallerna härrör från den unika kombinationen av längdskalor av egenskaperna i hyperkristallen såväl som de inneboende egenskaperna hos strukturerna i nanoskala.

CCNY-forskningen visas i det senaste numret av Proceedings of the National Academy of Sciences .

I teamet ingick doktoranderna Tal Galfsky och Jie Gu från Menons forskargrupp vid CCNY:s fysikavdelning och Evgenii Narimanov (Purdue University), som först teoretiskt förutspådde hyperkristallerna. Forskningen stöddes av Army Research Office, the National Science Foundation - Division of Materials Research MRSEC-program, och Gordon och Betty Moore Foundation.