مهندسان نور را در مقیاس نانو دستکاری می‌کنند+ فیلم و عکس

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا، فرمولی که توسط مهندسان رایس ساخته شده است، موادی را برای نمایشگر‌های سه بعدی و واقعیت مجازی شناسایی می‌کند.

اگر می‌خواهید یک قانون را با سبک زیر پا بگذارید، مطمئن شوید که همه آن را می‌بینند. این هدف مهندسان دانشگاه رایس است که به دنبال بهبود صفحه نمایش برای واقعیت مجازی، نمایشگر‌های سه بعدی و به طور کلی فناوری‌های نوری هستند.

قاعده ماس، که مبادله‌ای بین جذب نوری یک ماده و نحوه شکست نور را توصیف می‌کند، توسط Guuraj Naik، دانشیار مهندسی برق و کامپیوتر در دانشکده مهندسی جرج آر. براون رایس، و فارغ التحصیل فیزیک کاربردی شکسته شده است. فارغ التحصیل برنامه Chloe Doiron.

او این کار را با توسعه روشی برای دستکاری نور در مقیاس نانو انجام داد که قانون ماس را زیر پا می‌گذارد.

به نظر می‌رسد که این بیشتر یک راهنما باشد تا یک قانون، زیرا تعداد انگشت شماری از نیمه هادی‌های "ابر موسیان" وجود دارند. یکی از آن‌ها پیریت آهن است که معمولاً به عنوان طلای احمق شناخته می‌شود.

Naik، Doiron و یکی از نویسندگان Jacob Khurgin، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه جانز هاپکینز، پیریت آهن را به خوبی به عنوان یک ماده نانوفتونیک کشف کردند. آن‌ها اخیرا یافته‌های خود را در مجله Advanced Optical Materials منتشر کردند که ممکن است منجر به نمایشگر‌های بهتر و کوچکتر برای لوازم الکترونیکی پوشیدنی شود.

تصویری از میکروسکوپ الکترونی روبشی از یک متاسطح پیریت آهن که در دانشگاه رایس برای آزمایش توانایی آن در غلبه بر قانون خزه ایجاد شده است، که تعادل بین جذب نوری یک ماده و نحوه شکست نور را توصیف می‌کند. این تحقیق پتانسیل بهبود صفحه نمایش واقعیت مجازی و نمایشگر‌های سه بعدی را همراه با فناوری‌های نوری به طور کلی نشان می‌دهد. منبع: آزمایشگاه نایک

مهمتر از آن، آن‌ها تکنیکی را برای کشف موادی توسعه داده‌اند که از قانون خزه سرپیچی می‌کنند و خواص مفیدی برای کنترل نور برای نمایشگر‌ها و کاربرد‌های حسگر ارائه می‌دهند.

نایک گفت: «در اپتیک، ما هنوز به مواد بسیار کمی محدود شده‌ایم. جدول تناوبی ما واقعا کوچک است. اما مواد زیادی وجود دارد که ناشناخته هستند، فقط به این دلیل که ما هیچ بینشی در مورد چگونگی پیدا کردن آن‌ها ایجاد نکرده ایم. این چیزی است که ما می‌خواستیم نشان دهیم: فیزیک وجود دارد که می‌تواند در اینجا برای فهرست کوتاه مواد به کار رود، و سپس به ما کمک کند به دنبال مواردی باشیم که می‌توانند ما را به هر نیاز صنعتی برسانند.»

نایک گفت: «فرض کنید من می‌خواهم یک LED یا یک موجبر طراحی کنم که در طول موج معینی مثلاً ۱.۵ میکرومتر کار می‌کند». برای این طول موج، من کوچکترین موجبر ممکن را می‌خواهم که کمترین تلفات را داشته باشد، به این معنی که بتواند نور را به بهترین شکل محدود کند.

به گفته موس، انتخاب ماده‌ای با بالاترین ضریب شکست ممکن در آن طول موج معمولاً موفقیت را تضمین می‌کند. او گفت: به طور کلی این نیاز برای همه دستگاه‌های نوری در مقیاس نانو است. این مواد باید کمی بیشتر از طول موج مورد نظر فاصله باندی داشته باشند، زیرا در اینجاست که نور کمتری از آن عبور می‌کند.

نایک گفت: سیلیکون دارای ضریب شکست ۳.۴ است و استاندارد طلایی است. اما ما شروع به پرسیدن کردیم که آیا می‌توانیم از سیلیکون فراتر برویم و به شاخص ۵ یا ۱۰ برویم.

این امر باعث جستجوی آن‌ها برای گزینه‌های نوری دیگر شد. برای این کار، آن‌ها فرمول خود را برای شناسایی دی الکتریک‌های سوپرموسیایی توسعه دادند.

Naik گفت: در این کار، ما دستور العملی را به افراد ارائه می‌دهیم که می‌تواند در پایگاه داده عمومی مواد برای شناسایی آن‌ها اعمال شود. 

محققان پس از اعمال نظریه خود در پایگاه داده‌ای از ۱۰۵۶ ترکیب، آزمایش‌هایی را با پیریت آهن انجام دادند و در سه محدوده فاصله باند برای آن‌هایی که بالاترین ضریب شکست را داشتند جستجو کردند. سه ترکیب همراه با پیریت به عنوان کاندید‌های سوپرموسیایی شناسایی شدند، اما هزینه کم و استفاده طولانی پیریت در کاربرد‌های فتوولتائیک و کاتالیزوری، آن را به بهترین انتخاب برای آزمایش تبدیل کرد.

نایک گفت: طلای احمق به طور سنتی در اخترفیزیک مورد مطالعه قرار گرفته است، زیرا معمولاً در بقایای بین ستاره‌ای یافت می‌شود. "اما در زمینه اپتیک، کمی شناخته شده است. "

وی خاطرنشان کرد: آهن پیریت برای استفاده در سلول‌های خورشیدی مورد مطالعه قرار گرفته است. او گفت: "در این زمینه، آن‌ها خواص نوری را در طول موج‌های مرئی نشان دادند، جایی که واقعا تلفات دارد. "، اما این یک سرنخ برای ما بود، زیرا وقتی چیزی در فرکانس‌های مرئی به شدت تلف می‌شود، احتمالاً ضریب شکست بسیار بالایی در مادون قرمز نزدیک خواهد داشت؛ بنابراین آزمایشگاه فیلم‌های پیریت آهن با درجه نوری ساخت. آزمایشات این ماده نشان داد که ضریب شکست ۴.۳۷ با شکاف باند ۱.۰۳ الکترون ولت است که از عملکرد پیش‌بینی‌شده توسط قانون ماس تا حدود ۴۰ درصد فراتر می‌رود.

Naik گفت که این عالی است، اما پروتکل جستجو می‌تواند (احتمالاً) مطالبی را پیدا کند که حتی بهتر هستند.

او گفت: نامزد‌های زیادی وجود دارد که برخی از آن‌ها حتی معرفی نشده اند.