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北卡罗来纳州立大学的研究人员发现了一种用电场控制光的技术。
“我们的方法类似于用于提供计算机计算能力的技术，”北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授曹林友(Linyou Cao)说，他是一篇关于这项工作的论文的通讯作者。在计算机中，电场用于打开或关闭电流，这对应于逻辑1和逻辑0，这是二进制代码的基础。有了这个新发现，光可以通过电场控制强弱，扩散或聚焦，指向一个方向或其他方向。我们认为，就像计算机改变了我们的思维方式一样，这项新技术可能会改变我们的观看方式。例如，它可以将光线塑造成任意的图案，这可能会在无需护目镜的虚拟现实镜头和投影仪、动画电影行业或伪装中得到应用。”
用电场控制光是很困难的。光子是光的基本单位，是中性的——它们不带电荷，所以通常对电场没有反应。相反，光可以通过调节材料的折射率来控制。折射率是指材料反射、传输、散射和吸收光的方式。你越能控制材料的折射率，你就越能控制与材料相互作用的光。
“不幸的是，用电场调节折射率是非常困难的，”曹说。“以前的技术最多只能改变0.1到1%的可见光指数。”
曹和他的合作者已经开发出一种技术，使他们能够将某些半导体材料中可见光的折射率改变60%——比以前的结果好了两个数量级。研究人员使用了一种原子级薄的半导体材料，称为过渡金属二卤族化物单分子层。具体来说，他们研究的是硫化钼、硫化钨和硒化钨的薄膜。
曹说:“我们通过在二维半导体材料上施加电荷来改变折射率，就像在计算机芯片上施加电荷一样。”“使用这种技术，我们在可见光谱的红色范围内实现了显著的、可调的指数变化。”
目前，这项新技术允许研究人员对折射率进行任意调整，最高可达60%——施加在材料上的电压越大，折射率的变化程度就越大。而且，由于研究人员使用的技术与现有的计算晶体管技术相同，这些变化是动态的，每秒可以发生数十亿次。
“这种技术可能提供了控制光的振幅和相位的能力，以一种像现代计算机一样快的方式，”最近毕业于北卡罗来纳州立大学和论文的主要作者Yiling Yu说。
曹说:“这只是第一步。”“我们认为我们可以优化这项技术，以实现折射率的更大变化。我们还计划探索这种方法是否适用于视觉光谱中的其他波长。”
曹和他的团队也在寻找行业合作伙伴，为这一发现开发新的应用。
这张纸。”过渡金属二卤族化物单层光折射率的巨大门控可调谐性发表在该杂志上纳米快报．这篇论文的第一作者是北卡罗来纳州立大学的博士生Yiling Yu。合著者包括北卡罗来纳州立大学的Yu Yifei和Huang Lujun;天普大学彭浩伟;以及武汉理工大学的熊立伟。这项工作得到了国家科学基金会ECCS-1508856拨款的支持，以及天普大学功能层状材料计算设计中心的支持，该中心由能源部资助，拨款DESC0012575。
希普曼-
编者须知:研究摘要如下。
“过渡金属二卤族化物单分子层中光折射率的巨大门控可调谐性”
作者:美国北卡罗来纳州立大学，Yu Yiling Yu Yifei Huang Lujun曹林友;天普大学彭浩伟;熊立伟，武汉理工大学
发表:五月十五日纳米快报
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.7b00768
文摘:我们报道了使用cmos兼容电门控，在激子共振附近，过渡金属二碳氰化物(TMDC)单层(如MoS2, WS2和WSe2)的折射率可以通过>在虚部的60%和>在实部的20%进行大幅调整。这种巨大的可调性源于激子效应在单层折射率中的主导地位，以及激子对注入载流子影响的强烈易感性。这种可调性主要是由于注入载流子扩大了激子带间跃迁的谱宽，促进了中性激子和带电激子的相互转换。注入载流子的其他效应，如带隙重整和激子结合能的改变，作用微不足道。我们还证明了原子薄的单层，当与光子结构结合时，由于折射率的巨大可调性，可以使光学吸收(反射)的效率从40%(60%)调整到80%(20%)。这项工作可能为场效应光子学的发展铺平道路，其中光学功能可以用CMOS电路控制。
