En gruppe kinesiske forskere har opfundet en ny energieffektiv, ultratynd optisk krystal ved hjælp af en ny teori, der lægger grundlaget for næste generations laserteknologi.
Det snoede bornitrid udviklet af holdet har en tykkelse på mikrometer, hvilket gør det til verdens tyndeste kendte optiske krystal, fortalte professor Wang Enge fra Peking University's School of Physics for nylig til Xinhua. Sammenlignet med konventionelle krystaller af samme tykkelse er dens energieffektivitet steget med 100 til 10,000 gange.
Wang, en akademiker ved det kinesiske videnskabsakademi, sagde, at resultaterne er en original nyskabelse i Kinas teori om optiske krystaller og åbner op for et nyt felt for fremstilling af optiske krystaller fra todimensionelle tyndfilmsmaterialer med lyselementer.
Forskningsresultaterne blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters.
Laser er en af de grundlæggende teknologier i informationssamfundet. Optiske krystaller kan realisere funktioner såsom frekvenskonvertering, parametrisk forstærkning og signalmodulation og er nøglekomponenter i laserenheder.
I de sidste 60 år er forskning og udvikling af optiske krystaller hovedsageligt blevet styret af to fase-matchende teorier foreslået af amerikanske videnskabsmænd.
Men på grund af begrænsningerne af de traditionelle teoretiske modeller og materialesystemer, er de eksisterende krystaller vanskelige at opfylde kravene til miniaturisering, høj integration og funktionalisering af laserenheder til fremtidig udvikling. Udviklingen af næste generations laserteknologi kræver gennembrud inden for optisk krystalteori og materialer.
Wang Engo og prof. Liu Kaihui, direktør for Institute of Condensed Matter and Materials Physics, School of Physics, Peking University, førte et team til at udvikle en tredje fase matching teori baseret på lette element materiale systemer - den snoede fase matching teori.
"Laserne produceret af optiske krystaller kan ses som individuelle marcherende søjler. Snoningsmekanismen kan gøre hver enkelt persons retning og tempo meget koordineret, hvilket i høj grad forbedrer laserens energikonverteringseffektivitet," forklarer Liu, der også er vicedirektør fra Institute of Light Element Quantum Materials Intersection ved Huairou National Integrated Science Center i Beijing.
Han sagde, at forskningen åbner helt nye designtilstande og materialesystemer, der realiserer en hel kæde af originale innovationer fra grundlæggende optisk teori til materialevidenskab og teknologi.
"Tykkelsen af TBN-krystaller varierer fra 1 til 10 mikrometer. De fleste af de optiske krystaller, vi kendte før, havde tykkelser på niveauet en millimeter eller endda centimeter," tilføjede Liu.
TBN-produktionsteknologien er i øjeblikket ved at blive patenteret i USA, Storbritannien, Japan og andre lande. Holdet har produceret prototype TBN-lasere og arbejder sammen med virksomheder om at udvikle næste generations laserteknologi.
"Optiske krystaller er hjørnestenen i udviklingen af laserteknologi, og fremtiden for laserteknologi er bestemt af designteorien og produktionsteknologien for optiske krystaller," sagde Wang.
Med sin ultratynde størrelse, fremragende integrationspotentiale og nye funktioner forventes TBN-krystaller at realisere nye applikationsgennembrud i fremtiden inden for områder som kvantelyskilder, fotoniske chips og kunstig intelligens.
