Kvantový kov, kterým prochází světlo. Kredit: Nicoletta Barolini / Columbia University.

Kov se leskne. Je to vidět na první pohled. Důvodem je to, že běžné kovy odrážejí viditelné světlo. Kov je obvykle výtečný ve vedení elektřiny nebo tepla, ale když dojde na světlo, tak je kov jako neprostupná betonová zeď. Nebyli by to ale fyzici, kdyby se nesnažili rýpat do obecně přijímaných pravidel.

Dmitri Basov z americké Columbia University a jeho kolegové se ve snaze porušit pravidlo, že kov nevede světlo, uchýlili ke kvantovým materiálům. Právě od takového materiálu lze docela dobře očekávat, že se bude chovat neobvyklým způsobem. Ve své nové studii popsali kovový materiál, který vede světlo a tím vybočuje z naší každodenní zkušenosti.

Dmitri Basov. Kredit: Columbia University.

Badatelé pracovali s materiálem ZrSiSe, který je tvořený zirkoniem, křemíkem a selenem. V dřívějším výzkumu vyšlo najevo, že tento materiál sdílí elektronické charakteristiky s grafenem, který se v roce 2004 stal prvním objeveným Diracovým materiálem. ZrSiSe má ale ještě své unikátní vlastnosti, díky nimž grafen v některých ohledech předčí.

Jak jistě každý ví, grafen je tvořený jedinou vrstvou atomů uhlíku. ZrSiSe má oproti tomu 3D kovou metalickou strukturu, tvořenou vrstvami, které mají anizotropický charakter. Výsledný materiál je jako sendvič. Určitá vrstva funguje jako kov a další jako izolant.

Logo. Kredit: Columbia University.

Díky této struktuře dochází k neobvyklým interakcím takového kovu se světlem. Světlo se neodrazí jako obvykle, ale šíří se skrz materiál specifickým cikcak stylem (hyperbolic propagation).

Fotony záření se v tomto případě mísily s oscilacemi elektronů, v důsledku čehož vznikaly hybridní kvazičástice, plazmony. Podmínky pro vznik plazmonů, které se mohou uvedeným způsobem šířit materiálem, jsou ve skutečnosti splněny u celé řady kovů s vrstevnatou strukturou. Obvykle je ale není možné jen tak pozorovat. V případě materiálu ZrSiSe to umožnila jeho unikátní elektronická struktura.

Jak je obvyklé v podobných případech, nejde jen o samoúčelné hrátky. ZrSiSe je díky svým vlastnostem velmi slibným materiálem pro nanooptiku. Mohl by pomoci výzkumu kvantových materiálů i vývoji pokročilých optických čipů.

Video: Dmitri Basov - Shedding Nanolight on Quantum Materials