ارتقاء کیفیت نمایشگرها با دستکاری نور در مقیاس نانو

مهندسان دانشگاه رایس است امیدوارند صفحه نمایش های واقعیت مجازی، نمایشگرهای سه بعدی و به طور کلی فناوری های نوری را بهبود ببخشند.

به گزارش تک ناک، گورواج نایک، دانشیار مهندسی برق و کامپیوتر در دانشکده مهندسی جرج آر. براون رایس، و کلوئه دویرون، فارغ التحصیل فیزیک کاربردی، راهی برای دستکاری نور در مقیاس نانو پیدا کردند که قانون ماس را که چگونگی یک مبادله بین جذب نوری و نحوه شکست نور در یک ماده را توصیف می کند زیر پا می گذارد.

ظاهراً این تحقیق راهی برای ایجاد یک دستورالعمل شناسایی مواد است تا یک قانون واقعی، زیرا تعدادی نیمه هادی  “ابر موسیان” “super-Mossian”  قبل از این تحقیق شناسایی شده بودند که طلای احمق ها یا سولفید آهن یکی از آنهاست.

نایک، دویرون و نویسنده همکار ژاکوب خورگین، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه جانز هاپکینز، برای مطالعه خود در مواد نوری پیشرفته (دی الکتریک های سوپر موسیان برای نانوفتونیک) دریافتند که سولفید آهن به خوبی به عنوان یک ماده نانو فوتونیکی کار می کند و می تواند در ساخت و بهبود نمایشگرهای بهتر و نازک تر برای دستگاه های پوشیدنی استفاده شود.

نایک گفت: در اپتیک، ما هنوز محدود به مواد بسیار کمی هستیم. جدول تناوبی ما واقعا کوچک است. اما مواد بسیار زیادی وجود دارد که ناشناخته هستند، فقط به این دلیل که ما هیچ بینشی در مورد چگونگی پیدا کردن آنها نداریم.   

او گفت: این چیزی است که ما می‌خواستیم نشان دهیم: قوانین فیزیکی وجود دارد که می‌تواند فهرست مواد قابلیت دار را کوچک کند، و سپس به ما کمک کند تا به دنبال مواردی باشیم که می‌توانند نیاز های صنعتی ما را برآورده کنند.

فرض کنید می‌خواهم یک LED یا یک موج بر طراحی کنم که در طول موج معین، مثلاً 1.5 میکرومتر، کار می‌کند. برای این طول موج، من کوچکترین موج بر ممکن را می‌خواهم که کمترین اتلاف  نوری را داشته باشد، به این معنی که بتواند نور را به بهترین شکل محدود کند.

به گفته موس، انتخاب ماده ای با بالاترین ضریب شکست ممکن، در آن طول ،موج موفقیت را تضمین می کند. او گفت: «به طور کلی این نیاز برای همه دستگاه‌های نوری در مقیاس نانو وجود دارد. این مواد باید شکاف باند بالاتر از طول موج مورد نظر را داشته باشند، زیرا در اینجاست که نور کمتری از آن مواد عبور می‌کند.

نایک گفت: سیلیکون دارای ضریب شکست 3.4 است و استاندارد طلایی است. اما ما شروع به پرسیدن این سوال کردیم که آیا می توانیم از سیلیکون فراتر برویم و به شاخص 5 یا 10 برسیم .

این امر باعث جستجوی آنها برای مواد با خواص پیشرفته نوری دیگر شد. برای این کار، آنها فرمول خود را برای شناسایی دی الکتریک های سوپر موسیایی توسعه دادند.

Naik گفت: در این کار، ما دستورالعملی را ارائه می دهیم که می تواند در پایگاه داده عمومی مواد برای شناسایی دسته خاص دی الکتریک موسیایی استفاده شود.

محققان پس از اعمال نظریه خود در پایگاه داده ای از 1056 ترکیب، آزمایشاتی را با سولفید آهن انجام دادند و با در نظر گرفتن  فاکتور شکاف باند  موادی  که بالاترین ضریب شکست را داشتند جستجو کردند. 

سه ترکیب به همراه سولفید آهن  به عنوان کاندیدهای سوپرموسیایی شناسایی شدند، اما هزینه کم سولفید آهن  و استفاده طولانی مدت فتوولتائیک و کاتالیزوری، آن را به بهترین انتخاب برای آزمایش تبدیل کرد.

نایک گفت: طلای احمق به طور سنتی در اخترفیزیک مورد مطالعه قرار گرفته است، زیرا معمولاً در بقایای بین ستاره‌ای یافت می‌شود. “اما در زمینه اپتیک، کمتر شناخته شده است.

وی خاطرنشان کرد که سولفید  آهن برای استفاده در سلول های خورشیدی مورد مطالعه قرار گرفته است. او گفت: در این زمینه، سولفید آهن خواص نوری را در طول موج های مرئی ، محدوده فرکانسی  که  اتلاف بالای نوری در سایر مواد دیده می شود ، از خود نشان داد. اما این یک سرنخ برای ما بود، زیرا وقتی چیزی در فرکانس‌های مرئی به شدت تلف می‌شود، احتمالاً ضریب شکست بسیار بالایی در محدوده فرکانسی نزدیک به مادون قرمز خواهد داشت.

بنابراین فیلم‌های سولفید آهن با خواص نوری در آزمایشگاه  ساخته شد. آزمایشات نشان داد که ضریب شکست این ماده 4.37  با شکاف باند 1.03 الکترون ولت است که از عملکرد پیش‌بینی‌شده توسط قانون ماس تا حدود 40 درصد فراتر می‌رود.

نایک گفت که این عالی است، اما پروتکل جستجو می تواند موادی  را پیدا کند که حتی بهتر هستند. او گفت: مواد ممکن است وجود داشته باشند  که برخی از آنها هنوز شناسایی نشده اند.