Valon hallintaa mustalla fosforilla

Caltechin tutkijat ovat saavuttaneet läpimurron valon hallinnassa. Menetelmä perustuu vain kolmen atomin paksuiseen erikoismateriaaliin, jonka avulla he voivat hallita valoa tarkemmin kuin koskaan ennen.

Työ tehtiin soveltavan fysiikan ja materiaalitieteen professorin ja Liquid Sunlight Alliancen (LiSA) johtajan Harry Atwaterin laboratoriossa.

Atwater ja hänen kollegansa käyttivät kolmea mustan fosforin atomikerrosta van der Waalsin koosteena ja integroituna Fabry-Pérot-kaviteettina.

Kun esimerkiksi grafeenin atomikerrokset ovat täysin tasaisia, mustan fosforin kerrokset ovat tavallaan uritettuja, kuten aaltopahvi. Tällöin kiderakenteella on anisotrooppisia eli tulokulmasta riippuvia optisia ominaisuuksia. Musta fosfori on myös puolijohde, joten siitä kootut rakenteet voivat ohjata valon polarisaatiota, kun siihen kohdistetaan sähköinen ohjaussignaali.

"Nämä pienet rakenteet tekevät polarisaatiomuunnoksen", Atwater sanoo, "joten nyt voin tehdä jotain, joka on hyvin ohutta ja säädettävää ja nanometrien mitoilla. Voisin tehdä näistä pienistä elementeistä ryhmärakenteen, joista jokainen voi muuttaa polarisaation johonkin toiseen heijastuneeseen polarisaatiotilaan."

Mustan fosforin nopeudet mahdollistaisivat käytön esimerkiksi optisessa tietoliikenteessä. Valokuitukaapelissakin signaalien pakkaamista rajoittaa ylikuuluminen. Mutta mustan fosforin kerroksiin perustuva tietoliikennelaite voisi säätää kunkin signaalin polarisaatiota siten, että niistä mikään ei häiritse toisiaan. Tällöin kuitukaapeli voisi kuljettaa paljon enemmän dataa kuin nykyään.

Atwater sanoo, että teknologia voisi myös avata oven valopohjaiselle Wi-Fi:lle eli Li-Fi:lle.

Työtä kuvaava paperi on nimeltään " Broadband electro-optic polarization conversion with atomically thin black phosphorus".

Aiheesta aiemmin:

Mustan fosforin virittämistä