Uusia materiaaliratkaisuja valon ohjailuun

Tutkijat muokkaavat valon pyörimissuuntaa, symmetriaa, ja suuntaa uusin materiaalisin ratkaisuin.

KAIST:n tutkijoiden kehittämä uusi menetelmä ohjaa valon pyörimissuuntaa yksinkertaisesti vain muuttamalla materiaalin molekyylien järjestystä ilman, että tarvitsee syntetisoida monimutkaisia uusia materiaaleja.

Ympyräpolarisoitu valo on erityinen valon muoto, joka kulkee pyörien joko vasemmalle tai oikealle. Koska eri pyörimissuunnat voivat kuljettaa erilaista informaatiota, se herättää huomiota keskeisenä valonlähteenä seuraavan sukupolven näytöissä, optisessa viestinnässä ja turvallisuusteknologioissa.

Professori Dong Ki Yoon sanoi: ”Tämän tutkimuksen keskeinen pointti on, että emme hallinneet valon pyörimissuuntaa kiraalisten molekyylien monimutkaisen kemiallisen rakenteen kautta, vaan ainoastaan molekyylien järjestyksen kautta”, ja lisäsi: ”Tämä työ esittelee uuden optisen materiaalin suunnitteluperiaatteen, jota voidaan soveltaa seuraavan sukupolven näyttöihin, optisiin AR- ja VR-laitteisiin, polarisaatioantureihin ja optiseen tietoliikenteeseen ilman, että tarvitsee kehittää monimutkaisia uusia materiaaleja.”

Cornellin tutkijat ovat puolestaan osoittaneet yksinkertaisen tavan rikkoa materiaalin tuottama valon symmetria, mikä avaa uusia mahdollisuuksia fotoniikalle ja kvantti-informaation käsittelylle. Uusi tutkimus osoittaa, että joitakin materiaaleja voidaan muokata siten, että ne absorboivat ja emittoivat lineaarisesti polarisoitua valoa eri tavoin eri suuntiin.

”Jos materiaalia ohjataan ja kuvioidaan alustalle muuttamalla sen kiraalista kätisyyttä ja suuntaa spatiaalisesti, on mahdollista luoda kalvo, joka näyttää ainutlaatuiselta riippuen siitä, katsotaanko sitä edestä vai takaa.”

Kuvanmuodostuksen lisäksi löytö voisi mahdollistaa kompaktien optisten komponenttien kehittämisen, jotka reitittävät informaatiota eri tavoin suunnasta riippuen, sekä uusia lähestymistapoja optiseen salaukseen ja polarisaatioon perustuviin kvanttiteknologioihin.

Edelleen Soulin yliopistojen tutkijat ovat kehitelleet valon suunnan ohjailua materiaalin epäjärjestyksestä löydetyn järjestyksen (hyperuniform) avulla. Uusi teoreettisen viitekehys voi estää valonsirontaa tiettyihin suuntiin ja samalla tehostaa sitä toisiin suuntiin nimenomaan epäsäännöllisesti järjestyneissä materiaaleissa.

Tutkijat kutsuvat teoriaansa "ei-hermitiittiseksi tilastolliseksi kristallografiaksi", joka ottaa huomioon paitsi taittovoimakkuuden myös absorption ja vahvistuksen.

Tutkimusryhmän ehdottamia periaatteita voitaisiin lopulta käyttää sellaisten optisten laitteiden suunnittelussa, jotka estävät ei-toivottua sirontaa tai suoraa valoa haluttuihin suuntiin esimerkiksi optisen viestinnän ja fotonisten integroitujen piirien, optisten anturien ja LiDARin, näyttöjen ja valaistuksen sekä lääketieteellisen optisen kuvantamisen aloilla.

Aiheista aiemmin:

Valon spinin pyörittelyä

Valoa valolla ohjaten

Holografiatekniikka, jossa valosta tulee avain