Η δημιουργία σχεδόν αόρατων φορητών τεχνολογιών όπως οι έξυπνοι φακοί επαφής και τα εξαιρετικά λεπτά γυαλιά επαυξημένης πραγματικότητας (AR) απαιτεί ριζικό επανασχεδιασμό των συμβατικών οπτικών εξαρτημάτων. Αντί να βασίζονται σε ογκώδεις φακούς και υλικό, οι ερευνητές εξερευνούν υλικά που μπορούν να χειριστούν το φως σε ατομική κλίμακα.
Μια ομάδα από το XPANCEO, σε συνεργασία με επιστήμονες από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης και το Πανεπιστήμιο Χημείας και Τεχνολογίας της Πράγας, ανέφερε μια σημαντική ανακάλυψη σε αυτή την προσπάθεια. Η έρευνά τους επικεντρώθηκε σε έναν στρωματοποιημένο κρύσταλλο που ονομάζεται οξυχλωριούχο μολυβδαίνιο (MoOCl).2), το οποίο παρουσιάζει μια συλλογή από ασυνήθιστες οπτικές ιδιότητες που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη δραματική συρρίκνωση των μελλοντικών οπτικών συσκευών.
Δημοσιεύτηκε στο Νανο γράμμαΗ μελέτη αντιπροσωπεύει την πρώτη πειραματική χαρτογράφηση της οπτικής συμπεριφοράς του κρυστάλλου. Τα ευρήματα δείχνουν ότι το MoOCl2 Τα φυσικά υλικά παρουσιάζουν το ισχυρότερο φαινόμενο κάμψης φωτός που έχει μετρηθεί ποτέ, ανοίγοντας δυνητικά μια πορεία προς πολύ μικρότερες και πιο ικανές οπτικές τεχνολογίες.
Ένα κρύσταλλο που λειτουργεί σαν μέταλλο και γυαλί
Οι ερευνητές περιγράφουν το MoOCl2 Ως ένα είδος οπτικού «χαμαιλέοντα». Η συμπεριφορά του ποικίλλει ανάλογα με τον προσανατολισμό του κρύσταλλου.
Όταν τοποθετείται στη μία πλευρά, αντανακλά το φως σαν μέταλλο. Περιστρέψτε το 90 μοίρες και γίνεται κρυστάλλινο. Αυτή η ασυνήθιστη ιδιότητα πηγάζει από την ακραία οπτική ανισοτροπία του, που σημαίνει ότι οι ιδιότητές του αλλάζουν δραματικά ανάλογα με την κατεύθυνση.
Ο κρύσταλλος έχει επίσης τιμή διπλής διάθλασης σε επίπεδο περίπου 2,2, που του επιτρέπει να διασπά και να κάμπτει το φως με εξαιρετική απόδοση. Για το XPANCEO, αυτό θα μπορούσε να καταστήσει δυνατό τον έλεγχο του εξελιγμένου φωτισμού που απαιτείται για οθόνες AR χρησιμοποιώντας υλικά χίλιες φορές πιο λεπτά από μια ανθρώπινη τρίχα.
Ένα σπάνιο φαινόμενο επιβράδυνσης του φωτός που βρίσκεται στο ορατό φως
Οι ερευνητές εντόπισαν επίσης ένα σπάνιο έψιλον-σχεδόν μηδενικό σημείο στα 512 nm (πράσινο φως).
Σε αυτό το σημείο, το μέρος της οπτικής απόκρισης του υλικού πέφτει σχεδόν στο μηδέν. Ως αποτέλεσμα, το φως επιβραδύνεται αποτελεσματικά ενώ το ηλεκτρικό πεδίο μέσα στον κρύσταλλο είναι ισχυρό. Αυτός ο συνδυασμός μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αλληλεπίδραση μεταξύ φωτός και ύλης.
Για τα ενσωματωμένα φωτονικά τσιπ, αυτό το εφέ μπορεί να είναι ιδιαίτερα πολύτιμο. Οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις φωτός-ύλης μπορούν να επιτρέψουν ταχύτερη επεξεργασία δεδομένων ενώ καταναλώνουν πολύ λιγότερη ενέργεια.
Γιατί ενδιαφέρονται οι επιστήμονες για το MoOCl;2
Φυσικοί που μελετούν το MoOCl2 Για αρκετά χρόνια λόγω της ασυνήθιστης ηλεκτρονικής δομής του.
Το στοιχείο ταξινομείται ως «κακό μέταλλο» και αποτελείται από μια μονοδιάστατη αλυσίδα ατόμων μολυβδαινίου. Αυτές οι αλυσίδες επιτρέπουν στα ηλεκτρόνια να κινούνται πιο εύκολα προς τη μία κατεύθυνση από την άλλη. Ως αποτέλεσμα, ο κρύσταλλος συμπεριφέρεται σαν μέταλλο κατά μήκος ενός άξονα και σαν διηλεκτρικό κατά μήκος του κάθετου άξονα, παράγοντας την εξαιρετικά ισχυρή ανισοτροπία του.
δημοσιευθεί σε προηγούμενες μελέτες επιστήμη Και Επικοινωνία με τη φύση Τα κύματα φωτός που ταξιδεύουν μέσα από κρυστάλλους που ονομάζονται υπερβολικά πολαριτόνια πλασμονίου έχουν ήδη παρατηρηθεί ότι είναι στενά περιορισμένα. Αυτά τα πειράματα έδειξαν ότι το MoOCl2 Μπορεί να καθοδηγήσει το φως με εξαιρετικά κατευθυντικούς και απρόβλεπτους τρόπους.
Ωστόσο, ένα σημαντικό κομμάτι του παζλ έλειπε ακόμα. Οι επιστήμονες μπορούν να παρατηρήσουν οπτικά εφέ, αλλά δεν έχουν μετρήσει άμεσα την πλήρη οπτική σταθερά του υλικού. Χωρίς αυτές τις μετρήσεις, ο σχεδιασμός πρακτικών συσκευών βασισμένων σε κρυστάλλους ήταν πιο δύσκολος.
Χαρτογράφηση οπτικών ιδιοτήτων κρυστάλλων
Το νέο έργο παρέχει αυτό το μέτρο που λείπει.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι περίπου 512 νανόμετρα στην πράσινη περιοχή του ορατού φάσματος, ένα στοιχείο της οπτικής απόκρισης του κρυστάλλου πλησιάζει το μηδέν. Πρακτικά, μπορεί να εντείνει το ηλεκτρικό πεδίο μέσα στο υλικό και να επιβραδύνει το φως, να συμπιέζει την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια σε πολύ μικρό όγκο και να ενισχύσει την αλληλεπίδραση φωτός-ύλης.
Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως σημείο ορατού φωτός έψιλον-σχεδόν μηδέν (ENZ). Αν και πολλά υλικά παρουσιάζουν συμπεριφορά ENZ μόνο στην περιοχή βαθιάς υπεριώδους ή μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας, το MoOCl2 Αυτή η κατάσταση επιτυγχάνεται εντός του ορατού φάσματος. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό επειδή πολλές υπάρχουσες τεχνολογίες λειτουργούν ήδη σε αυτό το εύρος, συμπεριλαμβανομένων των λέιζερ, των μικροσκοπίων, των καμερών και των συστημάτων ανίχνευσης.
«Η παρατήρηση ενός φαινομένου είναι το πρώτο βήμα, αλλά η μηχανική απαιτεί ακριβείς αριθμούς», δήλωσε ο Δρ Valentin Volkov, ιδρυτής και CTO του XPANCEO και αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης. «Ο απόλυτος διηλεκτρικός τανυστής του MoOCl μετράται αυστηρά2Η εργασία μας παρέχει την πειραματική βάση για να κατανοήσουμε γιατί αυτό το υλικό συμπεριφέρεται με τον τρόπο που συμπεριφέρεται και να σχεδιάσουμε γύρω από αυτό με περισσότερη σιγουριά. Αυτό το καθιστά ένα πολύτιμο επιστημονικό αποτέλεσμα για τον τομέα με πιθανή συνάφεια μεταξύ των συμπαγών οπτικών πόλωσης, των μη γραμμικών συσκευών και, μακροπρόθεσμα, των εξαιρετικά μικροσκοπικών ολοκληρωμένων συστημάτων, συμπεριλαμβανομένων των έξυπνων φακών επαφής».
Συμπαγές μελλοντικό οπτικό υλικό
Ο λεπτομερής οπτικός χάρτης υπογραμμίζει επίσης τις δυνατότητες του υλικού για περαιτέρω σμίκρυνση της οπτικής τεχνολογίας.
Λόγω της ισχυρής δομικής του ανισοτροπίας, το MoOCl2 Λειτουργεί ως φυσικό υπερβολικό μέσο. Με απλά λόγια, επιτρέπει στο φως να ταξιδεύει μέσα από κρυστάλλους σε μονοπάτια νανοκλίμακας υψηλής κατεύθυνσης χωρίς περίθλαση (ή σκέδαση), μια βασική προϋπόθεση για την κατασκευή μικρών οπτικών κυκλωμάτων.
Η ικανότητά του να λειτουργεί στο ορατό φάσμα ενισχύει περαιτέρω την απήχησή του για ενσωματωμένα φωτονικά τσιπ, όπου το φως πρέπει να δρομολογείται, να φιλτράρεται και να συμπυκνώνεται σε πολύ μικρές περιοχές.
Οι ερευνητές επισημαίνουν πολλές πιθανές εφαρμογές. Αυτά περιλαμβάνουν εξαιρετικά λεπτούς πολωτές ευρείας ζώνης που ελέγχουν την κατεύθυνση του φωτός σε συμπαγή οπτικά συστήματα, καθώς και κυματοδηγούς υπό-περιθλάσεως ικανούς να καθοδηγούν το φως σε χώρους μικρότερους από εκείνους που επιτρέπεται από τα συμβατικά οπτικά.
Τα ευρήματα προτείνουν επίσης ευκαιρίες στη μη γραμμική νανοφωτονική, όπου οι έντονες αλληλεπιδράσεις φωτός-ύλης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία νέων χρωμάτων φωτός ή την αποτελεσματικότερη επεξεργασία οπτικών σημάτων.
