A criação de tecnologia vestível quase invisível, como lentes de contato inteligentes e óculos ultrafinos de realidade aumentada (AR), requer uma reformulação completa dos componentes ópticos tradicionais. Os pesquisadores estão explorando materiais que possam manipular a luz em escala atômica, em vez de depender de lentes e hardware volumosos.
Uma equipe da XPANCEO, em colaboração com cientistas da Universidade Nacional de Cingapura e da Universidade de Química e Tecnologia de Praga, relata um avanço significativo neste trabalho. Sua pesquisa se concentrou em um cristal em camadas chamado oxicloreto de molibdênio (MoOCl)2), que demonstra uma série de propriedades ópticas incomuns que podem ajudar a reduzir drasticamente os futuros dispositivos ópticos.
Publicado em nanoletraso estudo demonstrou pela primeira vez um mapa experimental do comportamento óptico do cristal. Os resultados da pesquisa mostram que o MoOCl2 Demonstrando o efeito de curvatura de luz mais forte já medido em um material natural, poderia potencialmente abrir caminho para tecnologias ópticas menores e mais poderosas.
um cristal como metal e vidro
Pesquisadores descrevem MoOCl2 Atua como um “camaleão” óptico. Seu comportamento muda dependendo da orientação do cristal.
Quando colocado de certa forma, reflete a luz como o metal. Gire 90 graus e ele ficará transparente como vidro. Esta propriedade incomum decorre de sua extrema anisotropia óptica, o que significa que suas propriedades mudam drasticamente dependendo de sua orientação.
O cristal também tem um valor de birrefringência no plano de cerca de 2,2, permitindo dividir e dobrar a luz com notável eficiência. Para o XPANCEO, isso permite o uso de materiais milhares de vezes mais finos que um fio de cabelo humano para realizar o complexo controle de luz necessário para monitores AR.
Efeito lento de luz raro na luz visível
Os pesquisadores também descobriram um raro ponto épsilon próximo de zero em 512 nm (luz verde).
Neste ponto, a resposta óptica de alguns materiais cai para quase zero. Como resultado, a luz diminui efetivamente, enquanto o campo elétrico dentro do cristal se torna mais forte. Esta combinação pode melhorar significativamente a interação entre luz e matéria.
Este efeito é particularmente valioso para chips fotônicos integrados. A interação luz-matéria mais forte permite um processamento de dados mais rápido enquanto usa menos energia.
Por que os cientistas estão interessados no MoOCl2
Físicos têm estudado MoOCl2 Este tem sido o caso há muitos anos devido à sua estrutura eletrônica incomum.
O material, classificado como “metal ruim”, contém cadeias unidimensionais de átomos de molibdênio. Essas cadeias tornam mais fácil para os elétrons se moverem em uma direção do que na outra. Como resultado, o cristal se comporta como um metal ao longo de um eixo e como um material dielétrico ao longo do eixo vertical, criando uma anisotropia invulgarmente forte.
pesquisa publicada anteriormente ciência e comunicações da natureza Ondas de luz fortemente confinadas, chamadas plasmons hiperbólicos, foram observadas passando através de cristais. Esses experimentos mostram que o MoOCl2 A luz pode ser direcionada de maneiras altamente direcionais e inesperadas.
No entanto, ainda falta uma peça importante do quebra-cabeça. Os cientistas podem observar efeitos ópticos, mas não mediram diretamente as constantes ópticas completas do material. Sem essas medições, projetar dispositivos práticos baseados em cristais ainda seria muito mais difícil.
Trace as propriedades ópticas de um cristal
O novo trabalho fornece essas medidas que faltam.
Os pesquisadores descobriram que um componente da resposta óptica do cristal se aproxima de zero perto de 512 nanômetros na região verde do espectro visível. Com efeito, isto aumenta o campo eléctrico no interior do material e abranda a luz, comprimindo a energia electromagnética em volumes muito pequenos e facilitando as interacções luz-matéria.
Este fenômeno é chamado de ponto épsilon visível próximo de zero (ENZ). Embora muitos materiais exibam comportamento ENZ apenas nas regiões ultravioleta profunda ou infravermelho médio, o MoOCl2 Este estado é alcançado dentro do espectro visível. Isto é particularmente importante porque muitas tecnologias existentes, incluindo lasers, microscópios, câmeras e sistemas de detecção, já operam nesta faixa.
“Observar o fenômeno é o primeiro passo, mas a engenharia requer números precisos”, disse o Dr. Valentyn Volkov, fundador e diretor de tecnologia da XPANCEO e autor correspondente do estudo. “Através de medição rigorosa do tensor dielétrico completo do MoOCl2nosso trabalho fornece a base experimental necessária para entender por que esse material se comporta dessa maneira e para projetar em torno dele com mais confiança. Isto torna-o um resultado científico valioso no campo, potencialmente relevante para óptica polarizadora compacta, dispositivos não lineares e, a longo prazo, sistemas integrados altamente miniaturizados, incluindo lentes de contacto inteligentes. “
Reduzindo o hardware óptico do futuro
Imagens ópticas detalhadas também destacam o potencial do material para maior miniaturização da tecnologia óptica.
Porque o MoOCl tem forte anisotropia estrutural2 Atua como um meio hiperbólico natural. Simplificando, isso permite que a luz viaje através do cristal em caminhos altamente direcionais em nanoescala sem difração (ou dispersão), um requisito fundamental para a construção de circuitos ópticos menores.
A sua capacidade de operar no espectro visível aumenta ainda mais o seu apelo para wafers fotônicos integrados, onde a luz deve ser encaminhada, filtrada e concentrada em espaços extremamente pequenos.
Os pesquisadores apontam para várias aplicações possíveis. Isso inclui polarizadores ultrafinos de banda larga que controlam a direção da luz em sistemas ópticos compactos e guias de onda subdifrativos que podem guiar a luz através de espaços menores do que a óptica convencional permite.
Essas descobertas também trazem oportunidades para a nanofotônica não linear, onde fortes interações luz-matéria podem ser usadas para criar novas cores de luz ou processar sinais de luz de forma mais eficiente.
