Ljuset fastnar när det kretsar i små granulat av ett kristallint material som alltmer har fascinerat fysiker, ett team som leds av University of California, San Diego, fysikprofessorn Michael Fogler har hittat.

Sexkantig bornitrid, staplade lager av bor- och kväveatomer anordnade i ett sexkantigt galler, har nyligen visat sig böja elektromagnetisk energi på ovanliga och potentiellt användbara sätt.

Förra året visade Fogler och kollegor att ljus kan lagras i nanoskala granulat av sexkantiga bornitrid. Nu har Foglers forskargrupp publicerat en ny uppsats i tidskriften Nano bokstäver som utarbetar hur detta fångade ljus beter sig inuti granulaten.

Ljuspartiklarna, kallade fononpolaritoner, olydnad efter standardlagar för reflektion när de studsar genom granulaten, men deras rörelse är inte slumpmässig. Polaritonstrålar sprider sig längs vägar i fasta vinklar med avseende på materialets atomstruktur, Folgers team rapporterar. Det kan leda till intressanta resonanser.

"Banorna för de fångade polaritonstrålarna är mycket invecklade i de flesta fall, "Fogler sa." Men vid vissa "magiska" frekvenser kan de bli enkla slutna banor. "

När det händer kan "hot spots" av starkt förbättrade elektriska fält dyka upp. Foglers grupp fann att de kan bilda utarbetade geometriska mönster i granuler med sfärisk form.

Polaritonerna är inte bara partiklar utan också vågor som bildar interferensmönster. Vid överlagring på de heta konturerna av förbättrade elektriska fält, dessa skapar slående vackra bilder.

"De liknar Fabergé -ägg, de ryska tsarernas skattade skatter, "Observerade Fogler.

Utöver att skapa vackra bilder, deras analys illustrerar hur ljus lagras inuti materialet. Mönstren och de magiska frekvenserna bestäms inte av sfäroidens storlek utan dess form, det är, förhållandet mellan dess omkrets och längd. Analysen avslöjade att en enda parameter bestämmer den fasta vinkel längs vilken polaritonstrålar sprider sig med avseende på sfäroidernas yta.

Forskare börjar hitta praktiska användningsområden för material som hexagonal bornitrid som manipulerar ljus på vanliga sätt. Teorin som detta arbete informerade om kan leda utvecklingen av applikationer som nanoresonatorer för högupplöst färgfiltrering och spektralavbildning, hyperlinser för subdiffraktionell avbildning, eller infraröda fotonkällor.

Analysen ger en teoretisk förklaring till tidigare observationer av infångat ljus. Fogler och kollegor föreslår flera experiment som kan bekräfta deras förutsägelse av kretsande ljus med hjälp av avancerade optiska tekniker, några av dem pågår, Sa Fogler. "Den experimentella jakten på att upptäcka kretsande polaritoner har redan börjat."