Forskere finder en ny måde at styre lys med elektriske felter på

Forskere fra North Carolina State University har opdaget en teknik til at styre lys med elektriske felter.

"Vores metode ligner den teknik, der bruges til at levere computeregenskaber, " siger Linyou Cao, en assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved NC State og tilsvarende forfatter til et papir om arbejdet. "I computere, et elektrisk felt bruges til at tænde eller slukke for elektrisk strøm, som svarer til logik 1 og logik 0, grundlaget for binær kode. Med denne nye opdagelse, et lys kan styres til at være stærkt eller svagt, spredt eller fokuseret, peger en eller anden retning af et elektrisk felt. Vi mener, at ligesom computere har ændret vores måde at tænke på, denne nye teknik vil sandsynligvis ændre vores måde at se på. For eksempel, det kan forme et lys til vilkårlige mønstre, som kan finde applikationer i beskyttelsesbriller uden virtual reality-objektiver og projektorer, animationsfilmindustrien eller camouflage."

Det er svært at kontrollere lys med elektriske felter. Fotoner, de grundlæggende enheder af lys, er neutrale – de har ingen ladning, så de reagerer normalt ikke på elektriske felter. I stedet, lys kan styres ved at indstille brydningsindekset for materialer. Brydningsindeks refererer til den måde, materialer reflekterer, sende, sprede og absorberer lys. Jo mere man kan kontrollere et materiales brydningsindeks, jo mere kontrol har du over lyset, der interagerer med det materiale.

"Desværre, det er meget svært at indstille brydningsindeks med elektriske felter, " siger Cao.  "Tidligere teknikker kunne kun ændre indekset for synligt lys med mellem 0,1 og 1 procent maksimalt."

Cao og hans samarbejdspartnere har udviklet en teknik, der giver dem mulighed for at ændre brydningsindekset for synligt lys i nogle halvledermaterialer med 60 procent - to størrelsesordener bedre end tidligere resultater. Forskerne arbejdede med en klasse af atomisk tynde halvledermaterialer kaldet overgangsmetal dichalcogenid monolag. Specifikt, de arbejdede med tynde film af molybdænsulfid, wolframsulfid og wolframselenid.

"Vi ændrede brydningsindekset ved at påføre ladning på todimensionelle halvledermaterialer på samme måde, som man ville påføre ladning på transistorer i en computerchip, " siger Cao. "Ved at bruge denne teknik, vi opnåede betydelige, justerbare ændringer i indekset inden for det røde område af det synlige spektrum. "

I øjeblikket, den nye teknik gør det muligt for forskere at justere brydningsindekset med en hvilken som helst mængde op til 60 procent – ​​jo større spænding, der påføres materialet, jo større grad af ændring i indekset. Og, fordi forskerne bruger de samme teknikker, som findes i eksisterende beregningstransistorteknologier, disse ændringer er dynamiske og kan foretages milliarder af gange i sekundet.

"Denne teknik kan give mulighed for at kontrollere amplituden og fasen af ​​lys pixel for pixel på en måde lige så hurtigt som moderne computere, "siger Yiling Yu, en nyuddannet fra NC State og hovedforfatter af papiret.

"Dette er kun et første skridt, " siger Cao. "Vi tror, ​​vi kan optimere teknikken for at opnå endnu større ændringer i brydningsindekset. Og vi planlægger også at undersøge, om dette kunne fungere ved andre bølgelængder i det visuelle spektrum."

Cao og hans team leder også efter branchepartnere til at udvikle nye applikationer til opdagelsen.