Новый способ управления светом с помощью электрических полей

«Наш метод похож на метод, используемый для обеспечения вычислительных возможностей компьютеров», — говорит Линью Цао, доцент кафедры материаловедения и инженерии в NC State и автор статьи о работе. «В компьютерах электрическое поле используется для включения или выключения электрического тока, что соответствует логике 1 и логике 0, основанию двоичного кода. Благодаря этому новому открытию свет можно контролировать, чтобы он был сильным или слабым, рассеянным или сфокусированы, указывая то или иное направление с помощью электрического поля. Мы думаем, что точно так же, как компьютеры изменили наш образ мышления, этот новый метод, вероятно, изменит наш способ наблюдения.

Например, он может формировать свет в произвольные узоры, которые могут найти применение в объективах и проекторах виртуальной реальности без очков, в индустрии анимационного кино или в маскировке ".Управлять светом с помощью электрических полей сложно.

Фотоны, основные единицы света, нейтральны — у них нет заряда, поэтому они обычно не реагируют на электрические поля. Вместо этого светом можно управлять, настраивая показатель преломления материалов. Показатель преломления относится к тому, как материалы отражают, пропускают, рассеивают и поглощают свет. Чем лучше можно управлять показателем преломления материала, тем больше у вас контроля над светом, который взаимодействует с этим материалом.

«К сожалению, очень сложно настроить показатель преломления с помощью электрических полей», — говорит Цао. «Предыдущие методы могли изменить индекс для видимого света максимум на 0,1–1 процент».Цао и его сотрудники разработали методику, которая позволяет им изменять показатель преломления видимого света в некоторых полупроводниковых материалах на 60 процентов — на два порядка лучше, чем предыдущие результаты.

Исследователи работали с классом атомарно тонких полупроводниковых материалов, называемых монослоями дихалькогенидов переходных металлов. В частности, они работали с тонкими пленками сульфида молибдена, сульфида вольфрама и селенида вольфрама.«Мы изменили показатель преломления, применив заряд к двумерным полупроводниковым материалам так же, как зарядили бы транзисторы в компьютерном чипе», — говорит Цао. «Используя эту технику, мы достигли значительных настраиваемых изменений индекса в красном диапазоне видимого спектра».

В настоящее время новый метод позволяет исследователям настраивать показатель преломления на любую величину до 60 процентов — чем больше напряжение, приложенное к материалу, тем больше степень изменения показателя. И поскольку исследователи используют те же методы, что и существующие технологии вычислительных транзисторов, эти изменения являются динамическими и могут производиться миллиарды раз в секунду.«Этот метод может обеспечить возможности управления амплитудой и фазой света пиксель за пикселем так же быстро, как и современные компьютеры», — говорит Илин Ю, недавний выпускник NC State и ведущий автор статьи.

«Это только первый шаг», — говорит Цао. «Мы думаем, что можем оптимизировать эту технику, чтобы добиться еще больших изменений показателя преломления. И мы также планируем изучить, может ли это работать на других длинах волн в видимом спектре».

Цао и его команда также ищут отраслевых партнеров для разработки новых приложений для открытия.


Портал обо всем