Onderzoekers van de North Carolina State University hebben een techniek ontdekt om licht te sturen met elektrische velden.

"Onze methode is vergelijkbaar met de techniek die wordt gebruikt om de computermogelijkheden van computers te bieden, " zegt Linyou Cao, een assistent-professor materiaalkunde en engineering bij NC State en corresponderende auteur van een paper over het werk. "Bij computers, een elektrisch veld wordt gebruikt om elektrische stroom aan of uit te zetten, wat overeenkomt met logisch 1 en logisch 0, de basis van binaire code. Met deze nieuwe ontdekking een licht kan worden gecontroleerd om sterk of zwak te zijn, spreiden of concentreren, een of andere richting wijzen door een elektrisch veld. We denken dat, net zoals computers onze manier van denken hebben veranderd, deze nieuwe techniek zal waarschijnlijk onze manier van kijken veranderen. Bijvoorbeeld, het kan een licht in willekeurige patronen vormen, die toepassingen kunnen vinden in brilvrije virtual reality-lenzen en projectoren, de animatiefilmindustrie of camouflage."

Licht regelen met elektrische velden is moeilijk. fotonen, de basiseenheden van licht, zijn neutraal - ze hebben geen lading, dus reageren ze meestal niet op elektrische velden. In plaats daarvan, licht kan worden gecontroleerd door de brekingsindex van materialen af ​​te stemmen. Brekingsindex verwijst naar de manier waarop materialen reflecteren, zenden, verstrooien en absorberen licht. Hoe meer men de brekingsindex van een materiaal kan controleren, hoe meer controle je hebt over het licht dat in wisselwerking staat met dat materiaal.

"Helaas, het is erg moeilijk om de brekingsindex af te stemmen op elektrische velden, " zegt Cao. "Eerdere technieken konden de index voor zichtbaar licht slechts met maximaal 0,1 tot 1 procent wijzigen."

Cao en zijn medewerkers hebben een techniek ontwikkeld waarmee ze de brekingsindex voor zichtbaar licht in sommige halfgeleidermaterialen met 60 procent kunnen veranderen - twee ordes van grootte beter dan eerdere resultaten. De onderzoekers werkten met een klasse van atomair dunne halfgeleidermaterialen die overgangsmetaal-dichalcogenide-monolagen worden genoemd. specifiek, ze werkten met dunne films van molybdeensulfide, wolfraamsulfide en wolfraamselenide.

"We hebben de brekingsindex veranderd door lading toe te passen op tweedimensionale halfgeleidermaterialen op dezelfde manier als op transistors in een computerchip. " zegt Cao. "Door deze techniek te gebruiken, we bereikten aanzienlijk, afstembare veranderingen in de index binnen het rode bereik van het zichtbare spectrum."

Momenteel, de nieuwe techniek stelt onderzoekers in staat om de brekingsindex tot 60 procent af te stemmen - hoe groter de spanning die op het materiaal wordt toegepast, hoe groter de mate van verandering in de index. En, omdat de onderzoekers dezelfde technieken gebruiken als in bestaande computationele transistortechnologieën, deze veranderingen zijn dynamisch en kunnen miljarden keren per seconde worden doorgevoerd.

"Deze techniek kan mogelijkheden bieden om de amplitude en fase van licht pixel voor pixel te regelen op een manier die net zo snel is als moderne computers, " zegt Yiling Yu, een recent afgestudeerde van NC State en hoofdauteur van het papier.

"Dit is slechts een eerste stap, " zegt Cao. "We denken dat we de techniek kunnen optimaliseren om nog grotere veranderingen in de brekingsindex te bereiken. En we zijn ook van plan om te onderzoeken of dit zou kunnen werken bij andere golflengten in het visuele spectrum."

Cao en zijn team zijn ook op zoek naar industriële partners om nieuwe toepassingen voor de ontdekking te ontwikkelen.