以创纪录的方式弯曲光线

由威斯康星大学麦迪逊分校、南加州大学和圣路易斯华盛顿大学的科学家和工程师领导的一个团队，创造了一种独特的、创纪录的材料，可以将红外线向两个方向弯曲。 aZWj52  
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五年来，该团队第二次创造了全球最高性能的“双折射”晶体。这一次，他们打破了自己的记录，新的高性能晶体可能会在夜视、激光雷达、化学传感、显微镜和许多其他应用中带来创新。 A#=TR_@:  
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这项研究成果发表在《先进材料》杂志上。威斯康星大学麦迪逊分校的领导者是电气和计算机工程博士生Hongyan Mei，以及2022年博士毕业生贾德·萨尔曼，两人都来自电气和计算机工程副教授Mikhail Kats的团队。 sF{aG6u
 
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当光从一种物质传播到另一种物质时——例如，从空气到水，或从水到玻璃——它会以可预测的速率减慢，这会导致光弯曲。这种弯曲被称为折射。 I x%>aee  
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当光线进入各向异性材料（根据方向不同具有不同特性的材料）时，会发生双折射，并分裂成两束光线，每束光线朝着不同的方向。想象一下一捆棒子组合在一起，沿着它的长度有一个折射率，或者说它的弯曲能力的测量，另一个在垂直方向。这两个折射率之间的差异被称为双折射。 H;1@]|sH#  
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尽管该团队之前曾有创纪录的双折射经验，但Kats和他的团队惊讶地发现，这种名为锶硫化钛(Sr9/8TiS3或STS)的新材料的双折射是之前的纪录保持者钡硫化钛(BaTiS3或BTS)的3倍，这应该具有类似的结构。 3#>W\_FY*D  
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确切地说，这是一个谜。在对博士生和共同第一作者Boyang Zhao及其同事在南加州大学培养的锶硫化钛进行原子水平的检查后，该团队发现它比预期的多一些锶原子。这些额外的原子使情况发生了变化：它们使晶体具有更大的重复结构，或周期性，而不是单一的、不变的晶体结构。 y QW7ng7D0  
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华盛顿大学圣路易斯分校的同事，包括博士生和共同第一作者Guodong Ren，研究了这种排列，提出了巨大的光学各向异性的原子尺度理论。 ef7{D P  
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Kats说：“结果是，当你有这种特殊的晶体排列时，结构导致材料沿着一个方向的折射率增强。这是非常非常出乎意料的。你通常不会期望这样小的原子尺度变化会导致光学性质的如此大的变化。” Tnp P'  
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Mei说：“这一发现意义重大！这种各向异性的程度是任何光学材料中测量到的最大值。” lT|Gkm<G  
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观察到原子结构的微小变化可以导致材料的光学性质的巨大变化，可能还有其他后果。Kats说：“我们可能能够找到类似的材料，一个小的外部刺激——无论是弯曲、加热还是通过电流——都可以动态地改变光学响应。如果你有一个材料，只要按下按钮，折射率就会发生如此巨大的变化，那么一整套新的光学应用程序就成为可能。” 3f[Yk#"  
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目前，这种合成方法只能制造出小片的硫化锶钛。随着南加州大学同事们的一些改进，有可能制造出用于现代光学技术的大型单晶材料。 Ek_5
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既然这种晶体的独特结构已经为人所知，那么也可能寻找其他具有类似甚至更强光学特性的晶体。Kats说：“有一种材料似乎隐藏着各种各样的秘密。当我们进一步深入这类材料时，我们对我们将会发现的东西感到兴奋。” C`[<6>&y  
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