15 Sep. Borophen lenkt sichtbares Licht im Nanomaßstab
Ein Team der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel hat eigenen Angaben zufolge erstmals nachgewiesen, dass eine Atomlage aus Bor – gezielt innerhalb ihrer Fläche – Licht leiten und stark bündeln kann. Der Effekt zeigt sich auch im sichtbaren Teil des Spektrums. Damit eröffnet Borophen neue Perspektiven für photonische Bauelemente, die kleiner und leistungsfähiger arbeiten sollen.
Hyperbolische Polaritonen im 2-D-Metall
Die Forschenden haben im Borophen Hybridwellen aus Licht und Elektronenschwingungen, sogenannte Polaritonen, beobachtet. Aufgrund der Wechselwirkung mit kollektiven Elektronenschwingungen entstehen hyperbolische Polaritonen, die sich in verschiedene Richtungen unterschiedlich ausbreiten.
Die anisotrope atomare Struktur von Borophen zwingt Elektronen in bevorzugte Bahnen und erlaubt es, Licht unterhalb der Beugungsgrenze zu führen. Somit lässt sich die Ausbreitung wesentlich stärker steuern, als es in isotropen Materialien möglich ist. Zum Nachweis regten die Physiker Borophen im Elektronenmikroskop mit Elektronenstrahlen an und
analysierten das entstehende Licht mit Nanometerauflösung. Damit gelang es, die Richtungsabhängigkeit der Lichtaus breitung sichtbar zu machen und erstmals im sichtbaren Bereich nachzuweisen.
Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme von Borophen auf einem gelochten Gold-Transmissionselektronenmikroskop-Gitter. Bild: N. Talebi
Relevant für die Quantenkommunikation
Hyperbolische Polaritonen waren zuvor nur in Materialien bekannt, die im
Infrarot- oder Terahertz-Spektrum arbeiten. Der Nachweis im sichtbaren
Licht bedeutet, dass sich Borophen direkt mit Wellenlängen koppeln lässt,
die auch in der Quantenkommunikation und in bildgebenden Verfahren
relevant sind. Perspektivisch könnten kompakte photonische Komponen-
ten, empfindliche optische Sensoren oder Mikroskopietechniken entwickelt werden, die über die klassische Auflösungsgrenze hinausgehen.
Professorin Nahid Talebi vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der CAU sagt: „Borophen ist metallisch, atomar dünn und von Natur aus anisotrop. Diese Eigenschaften machen es zu einer völlig neuen Plattform, um sichtbares Licht im Nanomaßstab zu führen. Wir können die Lichtausbreitung auf Weisen kontrollieren, die mit anderen Materialien bisher nicht möglich waren.“
Die Studie entstand unter Leitung von Talebi und Gastwissenschaftler
Professor Yaser Abdi und wurde durch den Europäischen Forschungsrat (ERC Consolidator Grant UltraSpecT) sowie den Momentum-Grant der VolkswagenStiftung gefördert. Sie schafft Grundlagen für künftige Anwendungen in der Nanophotonik.
Originalveröffentlichung
[N. Talebi et al.: 2D Borophene: In-Plane Hyperbolic Polaritons in the
Visible Spectral Range, Advanced Functional Materials (2025),
DOI 10.1002/adfm.202513016]
Quelle: www.uni-kiel.de
Bild: N. Talebi