Forskare vid University of Central Florida har utvecklat ett nytt och bättre sätt att upptäcka interaktioner mellan ljus och materia på atomnivå, en upptäckt som kan leda till framsteg inom det framväxande fältet av tvådimensionella material och nya sätt att styra ljus.

Forskare använder vanligtvis spektrometriverktyg för att studera hur ljus interagerar med en gas, flytande eller fast. Den metoden beskrivs som "oelastisk, "vilket betyder att ljusets energi förändras genom dess kontakt med materia.

Ett team som leds av professor Aristide Dogariu från UCF's CREOL, College of Optics &Photonics, har föregått ett sätt att upptäcka sådan interaktion på ett enda lager av atomer - en oerhört svår uppgift på grund av atomens minsta storlek - med hjälp av en metod som är "elastisk". Det betyder att ljusets energi förblir oförändrad.

"Vårt experiment slår fast att även på atomnivå, en statistisk optikbaserad mätning har praktiska möjligheter utan motstycke med konventionella metoder, "Sa Dogariu.

Som rapporterades denna månad i Optica , akademisk tidskrift för The Optical Society, det är den första demonstrationen av en elastisk spridning, närfältsexperiment utfört på ett enda lager av atomer.

Forskarna demonstrerar detta nya och grundläggande fenomen med hjälp av grafen, en tvådimensionell, kristallint material. Deras teknik involverade slumpmässig belysning av atommonoskiktet från alla möjliga riktningar och analyserade sedan hur inmatningsljusets statistiska egenskaper påverkas av små defekter i atomskiktet.

Metoden gav forskare inte bara ett enkelt och robust sätt att bedöma strukturella egenskaper hos 2D -material utan också nya metoder för att kontrollera de komplexa egenskaperna hos optisk strålning vid subvåglängdsskalor.

Lagets upptäckt att dess metod är överlägsen konventionella är av stort intresse för fysikgemenskapen. Bortom det, det kan leda till andra framsteg.

Grafen och andra tvådimensionella material har egenskaper som forskare försöker utnyttja för användning på skärmar, batterier, kondensatorer, solceller och mer. Men deras effektivitet kan begränsas av föroreningar och för att hitta dessa defekter krävs sofistikerade mikroskopitekniker som ibland är opraktiska. Dogarius forskning har gett ett mer effektivt sätt att upptäcka dessa defekter - en potentiellt värdefull teknik för industrin.

Upptäckten att ett enda lager av atomer modifierar egenskaper hos ljus och annan elektromagnetisk strålning har konsekvenser för att styra ljus vid subvåglängdsskalor i fotoniska enheter som lysdioder och fotovoltaiska celler.