研究人员发现一种用电场控制光的技术

研究人员开发的技术通过使光与一个薄至原子级别的半导体相互作用来操纵光。

　　北卡罗来纳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，”北卡罗来纳大学材料科学与工程助理教授Linyou Cao说，他是关于这项工作的一篇论文的通讯作者。“在计算机中，电场被用来打开或关闭电流，这对应于二进制编码的基础——逻辑1和逻辑0。通过这个新发现，光可以被电场控制而变强或变弱，展开或聚焦，指向一个方向或其他方向。我们认为，正如电脑改变了我们的思维方式，这种新技术可能会改变我们观看的方式。例如，它可能会使光变成任意图案，这可能会应用于无眼镜虚拟现实镜头和投影仪，动画电影产业或伪装。”

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　　用电场来控制光是困难的。光子，光的基本单元，是中性的——它们没有电荷，所以它们通常不响应电场。相反，光可以通过调整材料的折射率来控制。折射率是指材料反射、透射、散射和吸收光的方式。你越能控制材料的折射率，你对与改材料相互作用的光的控制就越多。

　　“不幸的是，很难用电场来调节折射率，”Cao说，“以前的技术最多只能改变0.1%到1%的可见光折射率。”

　　Cao和他的合作者已经开发出一种技术，使他们能够在一些半导体材料中改变可见光折射率的60%——比以前最好的结果要好两个数量级。研究人员使用了一类被称为过渡金属硫化物膜的薄至原子级别的半导体材料。具体来说，他们使用了硫化钼，硫化钨和硒化钨薄膜。

　　Cao说：“像将电荷施加到计算机芯片的晶体管上一样，我们通过将电荷施加到二维半导体材料上，改变其折射率。使用这种技术，我们在可见光谱的红光范围内实现了显着的，可调的折射率变化。

　　目前，这项新技术允许研究人员将折射率改变60%以内的任何数量——施加到材料的电压越大，折射率的变化程度就越大。而且，由于研究人员使用的是在现有的计算晶体管技术中所使用的的相同的技术，所以这些变化是动态的，可以每秒进行数十亿次。

　　“这种技术可能能提供像现代的计算机一样快地逐个像素控制光的幅度和相位的的能力，”Yiling Yu说，她是北卡罗来纳州立大学最近的毕业生，也是该文章的主要作者。

　　“这只是第一步，”Cao说，“我们认为，我们可以优化该技术以实现更大的折射率的变化。我们还计划探索这是否可以在可见光的其他波长工作。”

　　Cao和他的团队也正在寻找工业合作伙伴来为这项发现开发新的应用。

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