Materiaali kuin peili tai lasi

Jotta visio "näkymättömistä" puettavista optoelektroniikasta, kuten älykkäistä piilolinsseistä ja ultraohuista AR-laseista, voidaan toteuttaa, perinteiset, kookkaat optiset komponentit on keksittävä uudelleen atomitasolla.

XPANCEOn tutkijat ovat yhdessä Singaporen kansallisen yliopiston ja Prahan yliopiston yhteistyökumppaneiden kanssa ottaneet merkittävän askeleen kohti tätä tavoitetta paljastamalla kerrostetun molybdeenioksikloridin MoOCl2:n poikkeukselliset ominaisuudet.

Nano Letters -lehdessä julkaistu tutkimus tarjoaa ensimmäisen kokeellisen kartan materiaalista, jolla on voimakkain koskaan luonnollisessa aineessa havaittu valoa taittava vaikutus, tarjoten suoran polun tehokkaiden optisten laitteiden pienentämiseen.

Tutkimus paljastaa, että MoOCl₂ on eräänlainen "kameleontti" fysiikan maailmassa. Äärimmäisen optisen anisotropiansa vuoksi tämän kiteen toiminta riippuu täysin sen suunnasta. Yhteen suuntaan suunnattuna kide heijastaa valoa kuin metalli; 90 astetta käännettynä siitä tulee läpinäkyvä kuin lasi. Noin 2,2:n tasomaisen kahtaistaittuvuusarvon ansiosta kide voi jakaa ja taivuttaa valoa ennennäkemättömällä tehokkuudella.

Tutkimusryhmä tunnisti myös harvinaisen epsilon-lähes nollapisteen aallonpituudella 512 nm (vihreä valo). Tällä kynnysarvolla materiaalin optinen vaste laskee lähes nollaan, mikä aiheuttaa valon "hidastumisen" ja sisällä olevan sähkökentän voimistumiseen. Tämä ilmiö on mullistava integroiduille fotonisiruille, sillä se mahdollistaa nopeammat valon ja aineen väliset vuorovaikutukset ja nopean tiedonkäsittelyn huomattavasti pienemmällä virrankulutuksella.

Havaittujen ominaisuuksien tarkka kartoitus viittaa optisten laitteistojen pienentämisen jatkamiseen. Äärimmäisen rakenteellisen anisotropiansa vuoksi materiaali toimii luonnollisena "hyperbolisena" väliaineena. Yksinkertaisesti sanottuna tämä antaa kiteen ohjata valoa tehokkaasti erittäin suuntaavissa nanoskaalan säteissä ilman diffraktiota (tai sirontaa): ehdoton vaatimus optisten piirien kutistamiseksi.

Lisäksi sen toiminta näkyvällä alueella tekee MoOCl2:sta lupaavan ehdokkaan integroiduille fotonisiruille, joissa valo on reititettävä, suodatettava ja keskitettävä pieniin tiloihin.

Tutkijat hahmottelevat mahdollisia sovelluksia. Näitä ovat erittäin ohuet laajakaistapolarisaattorit, jotka auttavat suodattamaan ja ohjaamaan valon suuntaa kompakteissa optisissa järjestelmissä, sekä subdiffraktionaaliset aaltojohteet, jotka voivat kanavoida valoa pienempien tilojen läpi kuin perinteiset optiikat sallivat.

Työ viittaa myös parannettuun epälineaariseen nanofotoniikkaan, jossa voimakkaita valon ja aineen vuorovaikutuksia voidaan käyttää uusien valon värien luomiseen tai optisten signaalien tehokkaampaan käsittelyyn.

Aiheesta aiemmin:

Kaksivaiheinen heräte avaa ja ohjaa eksoottista nanovaloa

Uusi paradigma valon ja materiaalien vuorovaikutuksessa

Metamateriaali ohjaa valon korrelaatioita