可在环境光条件下改变折射率的新型材料

最新研究发现，二硫化钽微观晶体或将在3D显示、虚拟现实甚至自动驾驶汽车中扮演着重要角色。

据工程师Gururaj Naik和莱斯布朗工程学院的研究生Weijian Li说，这种材料的二维阵列具有独特的光学特性，可以在正常环境条件下和一般照明条件下进行控制。

当他们把一个二维的小条从一个大样本上分离出来（利用的就是那个久经考验的实验工具，胶带）并照射在上面，层状材料会重新排列流经的电子的电荷密度波，从而改变它的折射率。

沿特定轴发射的光将根据进入的光强度更改其颜色。美国化学学会杂志《纳米快报Nano Letters》详细报道了这一发现。

“我们需要一种能够改变折射率的光学材料，应用于虚拟现实、3D显示、光学计算机和激光雷达等应用中，而这是自动驾驶汽车所必需的，”电气和计算机工程助理教授Naik说，“同时，必须要尽快实现这些技术。只有这样，我们才能方便启用这些新技术。”

而二硫化钽是一种半导体层状化合物，具有棱柱状金属中心，似乎符合这一要求。众所周知，这种材料在室温下可以容纳电荷密度波，可以调节其导电性，但光输入的强度也会改变其折射率，折射率量化了光通过的速度。Naik说，这使得它是可调的。

当暴露在光下时，钽层会重组成一个由12个原子组成的晶格，就像大卫之星或治安官的徽章一样，它们促进了电荷密度波。这些恒星形态的堆积方式决定了这种化合物是绝缘的或是导电的。

结果也决定了它的折射率。光触发晶体形态的重新排列，改变电荷密度波足以影响物质的光学常数。

“这属于一类我们称之为强相关材料的一类，这意味着电子之间强烈的相互作用，”Li说，“在这种情况下，我们可以预测对某些外部刺激有强烈反应的属性。”

Naik补充道：“就算激励和周围的白光一样温和，也会起作用，这是一个优势。这是我们所看到的第一种材料，会在室温下产生作用，即光的相互作用不仅发生在单个粒子上，还发生在一组粒子聚集在一起。这种现象在薄至10纳米、厚至1毫米的二硫化钽中均起作用。”

Naik说：“我们认为，对于那些研究与这种材料应用相关的人来说，这是一个重要的发现。光将是一个非常强大的旋钮，可以改变这种材料的相关性。”

原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200902152159.htm