Μυστηριώδης κρύσταλλος μπορεί να συμπεριφέρεται ταυτόχρονα ως μέταλλο και ως γυαλί
Ένας μυστηριώδης κρύσταλλος θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη τεχνολογιών που μέχρι σήμερα μοιάζουν φουτουριστικές, όπως οι έξυπνοι φακοί επαφής και τα υπέρλεπτα γυαλιά επαυξημένης πραγματικότητας.
Ερευνητική ομάδα της εταιρείας XPANCEO, σε συνεργασία με επιστήμονες από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης και το Πανεπιστήμιο Χημείας και Τεχνολογίας της Πράγας, επικεντρώθηκε σε έναν στρωματοποιημένο κρύσταλλο, το οξυχλωρίδιο του μολυβδαινίου (MoOCl₂), ο οποίος εμφανίζει ασυνήθιστες οπτικές ιδιότητες και θα μπορούσε να επιτρέψει τη δραστική σμίκρυνση μελλοντικών οπτικών συσκευών, αναφέρει το Science Daily.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nano Letters, παρουσιάζει την πρώτη πειραματική χαρτογράφηση της οπτικής συμπεριφοράς του κρυστάλλου. Τα ευρήματα δείχνουν ότι το MoOCl₂ παρουσιάζει την ισχυρότερη κάμψη φωτός που έχει μετρηθεί ποτέ σε φυσικό υλικό, ανοίγοντας πιθανώς τον δρόμο για μικρότερες και πιο ικανές οπτικές τεχνολογίες.
Σαν μέταλλο και σαν γυαλί
Οι ερευνητές περιγράφουν το MoOCl₂ ως ένα είδος οπτικού «χαμαιλέοντα». Η συμπεριφορά του αλλάζει ανάλογα με τον προσανατολισμό του κρυστάλλου. Όταν είναι τοποθετημένος με έναν τρόπο, αντανακλά το φως όπως ένα μέταλλο. Αν περιστραφεί κατά 90 μοίρες, γίνεται διαφανής σαν γυαλί.
Αυτή η ασυνήθιστη ιδιότητα οφείλεται στην ακραία οπτική ανισοτροπία του, δηλαδή στο γεγονός ότι οι ιδιότητές του μεταβάλλονται έντονα ανάλογα με την κατεύθυνση. Ο κρύσταλλος εμφανίζει επίσης τιμή διπλοθλαστικότητας στο επίπεδο περίπου 2,2, κάτι που του επιτρέπει να διαχωρίζει και να κάμπτει το φως με εξαιρετική αποτελεσματικότητα.
Για την XPANCEO, αυτό θα μπορούσε να καταστήσει εφικτό τον προηγμένο έλεγχο του φωτός που απαιτείται για οθόνες επαυξημένης πραγματικότητας, χρησιμοποιώντας υλικά χιλιάδες φορές λεπτότερα από μια ανθρώπινη τρίχα.
Σπάνιο φαινόμενο επιβράδυνσης του φωτός
Οι ερευνητές εντόπισαν ένα σπάνιο σημείο στο οποίο, μέρος της οπτικής απόκρισης του υλικού πλησιάζει σχεδόν το μηδέν. Ως αποτέλεσμα, το φως ουσιαστικά επιβραδύνεται, ενώ το ηλεκτρικό πεδίο μέσα στον κρύσταλλο ενισχύεται.
Ο συνδυασμός αυτός μπορεί να ενισχύσει σημαντικά την αλληλεπίδραση φωτός και ύλης. Για τα ολοκληρωμένα φωτονικά τσιπ, το φαινόμενο θα μπορούσε να αποδειχθεί ιδιαίτερα πολύτιμο, καθώς ισχυρότερες αλληλεπιδράσεις φωτός-ύλης μπορεί να επιτρέψουν ταχύτερη επεξεργασία δεδομένων με πολύ χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας.
«Κακό μέταλλο»
Οι φυσικοί μελετούν το MoOCl₂ εδώ και χρόνια λόγω της ασυνήθιστης ηλεκτρονικής δομής του. Το υλικό ταξινομείται ως «κακό μέταλλο», όρος που χρησιμοποιείται για υλικά που έχουν μεταλλική συμπεριφορά, αλλά δεν άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα όπως τα «κανονικά» μέταλλα. Περιέχει μονοδιάστατες αλυσίδες ατόμων μολυβδαινίου, οι οποίες επιτρέπουν στα ηλεκτρόνια να κινούνται ευκολότερα προς μία κατεύθυνση από ό,τι προς άλλη. Έτσι, ο κρύσταλλος συμπεριφέρεται σαν μέταλλο κατά μήκος ενός άξονα και σαν διηλεκτρικό υλικό κατά μήκος του κάθετου άξονα.
Η νέα μελέτη κατάφερε για πρώτη φορά να πραγματοποιήσει άμεσες μετρήσεις των πλήρων οπτικών σταθερών του υλικού, οι οποίες είναι απαραίτητες για τον σχεδιασμό ιδιαίτερα μικροσκοπικών ολοκληρωμένων συστημάτων, όπως οι έξυπνοι φακοί επαφής.
