Μια ομάδα Κινέζων ερευνητών εφηύρε έναν νέο ενεργειακά αποδοτικό, εξαιρετικά λεπτό οπτικό κρύσταλλο χρησιμοποιώντας μια νέα θεωρία που θέτει τα θεμέλια για την τεχνολογία λέιζερ επόμενης γενιάς.
Το συνεστραμμένο νιτρίδιο του βορίου που αναπτύχθηκε από την ομάδα έχει πάχος μικρομέτρων, καθιστώντας τον τον λεπτότερο γνωστό οπτικό κρύσταλλο στον κόσμο, είπε πρόσφατα στο Xinhua ο καθηγητής Wang Enge της Σχολής Φυσικής του Πανεπιστημίου του Πεκίνου. Σε σύγκριση με τους συμβατικούς κρυστάλλους του ίδιου πάχους, η ενεργειακή του απόδοση έχει αυξηθεί κατά 100 έως 10,000 φορές.
Ο Wang, ακαδημαϊκός στην Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, είπε ότι τα αποτελέσματα είναι μια πρωτότυπη καινοτομία στην κινεζική θεωρία των οπτικών κρυστάλλων και ανοίγουν ένα νέο πεδίο κατασκευής οπτικών κρυστάλλων από δισδιάστατα υλικά λεπτής μεμβράνης φωτός.
Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Physical Review Letters.
Το λέιζερ είναι μια από τις θεμελιώδεις τεχνολογίες της κοινωνίας της πληροφορίας. Οι οπτικοί κρύσταλλοι μπορούν να πραγματοποιήσουν λειτουργίες όπως η μετατροπή συχνότητας, η παραμετρική ενίσχυση και η διαμόρφωση σήματος και αποτελούν βασικά συστατικά των συσκευών λέιζερ.
Τα τελευταία 60 χρόνια, η έρευνα και η ανάπτυξη οπτικών κρυστάλλων καθοδηγείται κυρίως από δύο θεωρίες αντιστοίχισης φάσης που προτάθηκαν από Αμερικανούς επιστήμονες.
Ωστόσο, λόγω των περιορισμών των παραδοσιακών θεωρητικών μοντέλων και συστημάτων υλικών, οι υπάρχοντες κρύσταλλοι είναι δύσκολο να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις σμίκρυνσης, υψηλής ενσωμάτωσης και λειτουργικότητας συσκευών λέιζερ για μελλοντική ανάπτυξη. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας λέιζερ επόμενης γενιάς απαιτεί καινοτομίες στη θεωρία και τα υλικά οπτικών κρυστάλλων.
Ο Wang Engo και ο καθηγητής Liu Kaihui, διευθυντής του Ινστιτούτου Συμπυκνωμένης Ύλης και Φυσικής Υλικών, Σχολή Φυσικής του Πανεπιστημίου του Πεκίνου, οδήγησαν μια ομάδα στην ανάπτυξη μιας τρίτης θεωρίας αντιστοίχισης φάσης βασισμένη σε συστήματα υλικών ελαφρών στοιχείων - τη θεωρία αντιστοίχισης στριμμένης φάσης.
"Τα λέιζερ που παράγονται από οπτικούς κρυστάλλους μπορούν να θεωρηθούν ως μεμονωμένες στήλες πορείας. Ο μηχανισμός συστροφής μπορεί να κάνει την κατεύθυνση και τον ρυθμό κάθε ατόμου εξαιρετικά συντονισμένα, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση μετατροπής ενέργειας του λέιζερ", εξηγεί ο Liu, ο οποίος είναι επίσης αναπληρωτής διευθυντής του Ινστιτούτου Διασταύρωσης Κβαντικών Υλικών Light Element στο Εθνικό Ολοκληρωμένο Επιστημονικό Κέντρο Huairou στο Πεκίνο.
Είπε ότι η έρευνα ανοίγει εντελώς νέους τρόπους σχεδίασης και συστήματα υλικών, πραγματοποιώντας μια ολόκληρη αλυσίδα πρωτότυπων καινοτομιών από τη βασική οπτική θεωρία έως την επιστήμη και την τεχνολογία των υλικών.
"Το πάχος των κρυστάλλων TBN κυμαίνεται από 1 έως 10 μικρόμετρα. Οι περισσότεροι από τους οπτικούς κρυστάλλους που γνωρίζαμε πριν είχαν πάχος στο επίπεδο του ενός χιλιοστού ή ακόμα και εκατοστών", πρόσθεσε ο Liu.
Η τεχνολογία παραγωγής TBN κατοχυρώνεται επί του παρόντος με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στις ΗΠΑ, το Ηνωμένο Βασίλειο, την Ιαπωνία και άλλες χώρες. Η ομάδα έχει παράγει πρωτότυπα λέιζερ TBN και συνεργάζεται με εταιρείες για την ανάπτυξη τεχνολογίας λέιζερ επόμενης γενιάς.
«Οι οπτικοί κρύσταλλοι είναι ο ακρογωνιαίος λίθος της ανάπτυξης της τεχνολογίας λέιζερ και το μέλλον της τεχνολογίας λέιζερ καθορίζεται από τη θεωρία σχεδιασμού και την τεχνολογία παραγωγής οπτικών κρυστάλλων», είπε ο Wang.
Με το εξαιρετικά λεπτό μέγεθος, το εξαιρετικό δυναμικό ολοκλήρωσης και τις νέες λειτουργίες, οι κρύσταλλοι TBN αναμένεται να πραγματοποιήσουν νέες ανακαλύψεις εφαρμογών στο μέλλον σε τομείς όπως οι πηγές κβαντικού φωτός, τα φωτονικά τσιπ και η τεχνητή νοημοσύνη.
