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研究新突破!科学家用三个原子厚的特殊材料控制光

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前瞻网 2021-10-25 12:19
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在日常生活中,我们有多种控制光线的方式—关上窗户、戴上太阳镜、涂抹防晒霜等。但是,对光的控制也可采用高科技的方法,各种电子产品的屏幕就涉及到对光的处理。

近日,工程与应用科学部的科学家使用只有三个原子厚的特殊材料来控制光,其精度超过了以往使用的任何方法。

这种特殊的材料由所谓的黑磷构成,它在许多方面类似于石墨或石墨烯,即由单原子厚层组成的碳形式。但是,尽管石墨烯层是完全平坦的,但黑磷的层是有棱纹的,就像一条灯芯绒裤子或瓦楞纸板的质地。

研究的主要作者Harry Atwater说:“这种晶体结构使黑磷具有显着的各向异性光学特性,各向异性意味着它与角度有关。像石墨烯这样的材料中,无论偏振角度如何,光都会被同等地吸收和反射。从某种意义上说,黑磷非常不同,如果光的偏振沿着波纹排列,它的响应与如果它垂直于波纹对齐。”

他继续解释说道:“黑磷的特殊之处在于它也是一种半导体,这种材料的导电性比绝缘体(如玻璃)好,但不如金属(如铜)好。微芯片中的硅是半导体的一个例子,就像用硅构建的微小结构如何控制微芯片中的电流一样,由黑磷构建的结构可以在向它们施加电信号时控制光的偏振。”

液晶显示(LCD)技术已经广泛运用于手机屏幕和电视中,但是黑磷技术有可能远远领先于它。黑磷阵列的“像素”可能比LCD中的“像素”小20倍,但对输入的响应速度却快了一百万倍。

研究人员表明,这样的速度对于在线观看电影或阅读文章来说不是必需的,但它们可以彻底改变电信。基于黑磷薄层的电信设备可以调整每个信号的极化,从而不会相互干扰,这将使光纤电缆能够承载比现在更多的数据。

该研究论文题为“Broadband electro-optic polarization conversion with atomically thin black phosphorus”,已发表在Science上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文:https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj7053

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